宁小寒,于同坡,陈燕,单宝坤,周晓国*,刘世林

(1 中国科学技术大学,合肥微尺度物质科学国家研究中心,化学物理系,安徽 合肥 230026;2 中国计量科学研究院,北京 100013)

0 引言

三氯化硼(BCl3)作为一种重要的刻蚀气体,主要用作半导体硅的掺杂源,在半导体工业中发挥着重要的作用[1-5]。考虑到等离子体刻蚀或光刻蚀过程中,在大量低能电子轰击或紫外光辐射作用下,中性的BCl3气体分子会发生电离和解离过程,其解离速率和产物性质对于稳定和控制刻蚀过程有着重要的影响。因此,BCl3分子的电离和解离性质的研究,尤其是其离子结构和性质,对于工业应用具有重要的参考价值。

1 理论计算

为了准确描述BCl3电离-解离过程中的结构变化,选取了三种电子密度泛函(DFT)理论结合aug-cc-PVTZ 基组,对BCl3中性分子和基电子态分别进行了结构优化和振动频率分析。此外,针对的电子激发态,采用了同等水平下的含时DFT(TD-DFT)方法完成了结构优化和频率分析(鉴于自然界中B、Cl 同位素分布情况,计算过程使用归一后占比最高即50%的11B、35Cl 构成的11B35Cl3进行后续计算)。此外,考虑到电离过程中分子对称性的剧烈变化,在离子结构优化过程中分析了相应电子态的波函数,以确保轨道对称性的一致性和电子组态的连贯性[20]。

考虑到BCl3的光电离-解离过程中可能涉及到较为复杂的电子相互作用,在实际DFT 计算中选择了有代表性的三种泛函,比较不同泛函中Hartree-Fock(HF)成分差异对分子(离子)结构、频率和能量的影响,分别是拥有较低HF 成分的PBE0[15](25%)、较高HF 成分的M06-2X[16](54%),以及范围分离泛函ωB97XD[17](近程22.2%,远程100%,ω=0.2)。……