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CAPAS LIMITE EN CVD
• En el CVD los sustratos se sumergen en una
corriente de gas.
• Capas límite se desarrollan cerca de la superficie
del sustrato.
• Capas límite: se definen como la región cerca de
la superficie del sustrato, donde la velocidad de
la corriente de gas, la concentración de las
especies de vapor y la temperatura no son
iguales a los de la corriente de gas principal.
• Por lo tanto existen una velocidad de capa límite,
una concentración de capa límite y una
temperatura de capa límite.
• La velocidad del gas es cero en la superficie del
sustrato y aumenta a un valor constante (la
velocidad de flujo de gas).
• La capa sobre la cual la velocidad de flujo de gas
varía es la capa límite.
El espesor δ de una capa límite (flujo laminar) en una posición
X en el sustrato o susceptor está dada por
donde a es una constante de proporcionalidad, η es la viscosidad del
gas, ν es la velocidad del gas y ρ es la densidad del gas.
• A partir del conocimiento de la temperatura y la
dependencia de la presión de η, ρ y ν se deduce
que el espesor de la capa limite aumenta con el
aumento de temperatura y la disminución de
presión total.
• Por otra parte, el espesor también aumenta con el
aumento de la distancia de transporte de los gases
a lo largo de la superficie del sustrato.
• El desarrollo de las capas límite en el CVD se han
investigado tanto experimental como
teóricamente.
• Eversteijn et al., utilizado experimentos de humo
para visualizar el patrón de flujo en un reactor
epitaxial horizontal. El humo se genera a partir de
TiCl4 y agua.
• Observaron una capa inmóvil de gas, llamada la
capa límite estancada, por encima del susceptor.
• Se demostró más tarde, sin embargo, que en los
gradientes de temperatura fuertes (cerca de la
susceptor) las partículas finas son conducidos lejos
de la susceptor por las fuerzas termoforéticas.
• Esto muestra que los experimentos de humo sólo se
pueden utilizar para mapear el flujo a una mayor
distancia de un susceptor calentado.
• Termoforesis, o termodifusión, o termomigración, o
el efecto Soret, o el efecto Ludwig-Soret es un
fenómeno observado en las mezclas de partículas
móviles en las que los diferentes tipos de partículas
exhiben diferentes respuestas a la fuerza de un
gradiente de temperatura.
Ban y Gilbert investigaron el
transporte de calor en un reactor
de pared fría por calentamiento
de un susceptor en helio y la
medición de la temperatura en
diferentes lugares por encima del
susceptor con un termopar con
un diámetro pequeño.
 Ban y Gilbert también
investigaron los perfiles de
concentración de varias
especies de vapor en el CVD
de silicio a partir de una
mezcla de gases H2/SiCl4.
 Ellos introdujeron una sonda
capilar para un espectrómetro
de masas en distintos lugares
por encima del susceptor.

El perfil de concentración de
SiCl4 y el HCl del producto de
reacción se puede ver en la
figura.

El espesor de la capa límite de
concentración en este caso es
más de 2 cm.
El agotamiento sucesivo con respecto a los reactivos, que se
transportan a través del reactor.
A una altura de 7 mm por
encima del susceptor y 15 cm
abajo del susceptor, la presión
parcial de SiCl4 se redujo a
aproximadamente 50% del valor
inicial.
• Giling también señaló la importancia de los efectos
de entrada, es decir, la longitud de entrada desde
el borde susceptor para velocidad y temperatura y
los perfiles completos ha desarrollarse.
• Según Schlichting la longitud de entrada para el
desarrollo del perfil de velocidad completa está
dada por la ecuación
donde h es la altura de la canal y Re es el número
de Reynolds.
• Hwang y Cheng predijeron que la longitud de
entrada térmica era siete veces mayor que la
longitud de entrada de flujo. Giling confirmó esto
para H2 en sus mediciones.
• Coltrin et al. han desarrollado un modelo matemático del CVD para el
silicio de silano en un reactor de pared fría.
• El modelo incluye la química en fase gas, así como la mecánica de
fluidos, y predice la temperatura, velocidad y perfiles de concentración
para muchas especies de vapor.
• La figura representa el contorno de la temperatura en un cálculo típico.
El espesor de la capa límite está en el intervalo centímetro y aumenta al
aumentar la distancia de transporte de gas a lo largo del susceptor.
Procesos de transporte de masa través de
una capa límite
Diferentes procesos de transporte de masa a través de una capa
límite puede ser distinguen:
1. Difusión de Fick se produce debido al gradiente de
concentración a través de la capa límite.
2. La difusión térmica o de difusión de Soret es inducida por un
gradiente de temperatura, en por ejemplo, un reactor de pared
fría. Esta difusión es de la mayor importancia en sistemas que
tienen grandes diferencias en los pesos moleculares y tamaños
moleculares entre las especies de vapor.
3. Un gradiente de concentración implica un gradiente de
densidad, lo que resulta en un flujo de emopujeimpulsado.
4. En la reacción global de CVD, el número de moles de gas
puede cambiar. Esto induce un flujo (flujo de Stefan) lejos de
la superficie del sustrato. En, por ejemplo, el CVD del boro de
BCl3 y H2 de acuerdo con la reacción
el número de moles en el vapor se cambia 5-6, causando un
flujo desde el sustrato.