Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

28 2 Grundlagen
schicht δv(x) aus mit einem Geschwindigkeitsgradienten zwischen dem Substrat und der maximalen
Gasgeschwindigkeit.
Abbildung 2.14: Verteilung der Gasgeschwindigkeit über dem horizontal liegendem Substrat
in einem MOCVD Reaktor. [51]
Die Dicke der Geschwindigkeitsgrenzschicht δv(x) ist definiert als der Wert, bei dem die parallele
Geschwindigkeitskomponente v(x,z) 99% der freien Strömungsgeschwindigkeit im
Reaktor beträgt. Die Dicke dieser Grenzschicht kann durch folgende Größe bestimmt werden.
x
δ v ( x)
∝
2.17
Re
Neben der Geschwindigkeitsgrenzschicht baut sich über dem Substrat noch eine Diffusionsgrenzschicht
auf, vorausgesetzt die Reaktion ist nicht kinetisch limitiert (siehe Abbildung
2.15) was vor allen Dingen bei niedriger Wachstumstemperatur der Fall ist.
Abbildung 2.15: Prozessbedingungen, die ein kinetisch kontrolliertes und Massentransportkontrolliertes
Wachstum fördern.
Nur Prekursormoleküle innerhalb dieser Grenzschicht können zum Schichtwachstum beitragen.
Damit wird das Wachstum durch die Diffusion zum Substrat limitiert. Daher spricht man
auch von diffusionskontrolliertem Wachstum. Da dieser Prozess nicht getrennt vom Transport
durch den Gasfluss betrachtet werden kann, wird die allgemeinere Bezeichnung transportlimitiertes
Wachstum benutzt. Die Diffusionsgrenzschicht vergrößert sich durch eine geringe
Gasgeschwindigkeit und ein erhöhter Druck vermindert nach Gleichung 2.14 die freie Weglänge
der Teilchen.