CVD法による炭素―炭化ケイ素傾斜機能材の組成分布制御

CVD法控制碳-碳化硅功能梯度材料的成分分布

基本信息

批准号：
13750715
负责人：
河瀬元明
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

細管型CVD反応器を用いて、熱分解炭素成膜実験を行った。気相における複合反応によって生じる種々の炭化水素ガスの影響を調べるために、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピレン、n-ブタンを原料として、成膜実験ならびに気相反応生成物の分析と素反応シミュレーションを行った。気相反応分析の結果から、プロパンを原料とした場合、プロパンの分解により反応初期にプロピレン・エタンが生成し、さらに反応が進行するとプロピレン・エタンも減少し、エチレンとメタンが主な生成物となることがわかった。また、原料ガスの消費はほとんど気相反応によること、プロパンからの直接成膜だけでなく気相生成物からの成膜も無視できないことがわかった。気相反応素反応シミュレーションの結果を解析し、23個の主要な素反応からなる単純化気相反応モデルを提案した。気相シミュレーションによる成膜位置でのガス組成の推定値と成膜速度の実験結果から各種炭化水素の直接表面反応速度を定式化することに成功した。この気相反応モデルと表面反応速度式を用いて、計算した各種条件における成膜速度分布は実験値とよく一致した。また、プロパンを原料とした場合、広い反応率範囲にわたって成膜速度がほほ一定となる条件があることを見出すとともに、提案モデルによるシミュレーションの結果、この現象は、プロパンの直接表面反応速度が0次反応に近いこと、ならびに生成するn-ブタンからの直接成膜によって、原料消費による成膜速度の低下分が補われていることが明らかとなった。原料組成を変化させながら作製した炭素-炭化ケイ素傾斜材について、プロパンとジメチルジクロロシランを原料とする場合については、原料組成プロファイルから製品内の組成分布を予測することに成功した。

使用毛细管CVD反应器进行热解碳膜沉积实验。为了研究气相中复杂反应生成的各种烃类气体的影响，我们以甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯和正丁烷为原料，进行了成膜实验并分析了气相反应产物进行了基元反应模拟。气相反应分析结果表明，以丙烷为原料时，反应初期由于丙烷的分解，生成丙烯和乙烷，并且随着反应的进行，丙烯和乙烷也减少，留下乙烯和甲烷作为主要产品我发现它会发生。研究还发现，大部分原料气体消耗是由于气相反应造成的，不仅丙烷直接成膜，气相产物成膜也不容忽视。我们分析了气相基元反应模拟的结果，提出了由 23 个主要基元反应组成的简化气相反应模型。我们根据气相模拟和沉积速率实验结果估计沉积位置的气体成分，成功地制定了各种碳氢化合物的直接表面反应速率。利用该气相反应模型和表面反应速率方程，计算出各条件下的成膜速率分布与实验值吻合较好。此外，我们发现，当使用丙烷作为原料时，存在成膜速率在较宽的反应速率范围内几乎恒定的条件，并且使用所提出的模型进行模拟的结果，我们发现这种现象这是由于丙烷的直接表面反应速率为零级造成的，已经清楚的是，由于原料消耗而导致的成膜速度的降低可以通过接近反应的事实和直接成膜来补偿。由生产的正丁烷。对于通过改变原料成分制造的碳-碳化硅梯度材料，当丙烷和二甲基二氯硅烷为原料时，我们成功地从原料成分曲线预测了产品内的成分分布。