甲硅烷(SiH4,簡稱硅烷)在半導體工業(yè)中主要用于制作高純多晶硅、通過氣相淀積制作二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、生長磷硅玻璃薄膜、多晶硅隔離層、多晶硅歐姆接觸層和異質或同質硅外延生長原料、以及離子注入源和激光器介質等,是一種重要的硅源特種氣體。同時其危險性也相當高,常溫下即在空氣中自燃,屬于高危險性氣體。通常要用 N2、Ar、He 或 H2來稀釋,可提高其在空氣中自燃的最低極限濃度。
硅烷在空氣中充分燃燒的反應式如下:
SiH4+O2→SiO2+2H2 △H= -362kcal/mol
SiH4的自燃下限因稀釋劑種類、環(huán)境(溫度、濕度)及氣體流速等條件略有不同,經國內外學者研究發(fā)現(xiàn),其自燃下限濃度在1.5-3%(體積分數(shù))之間。
現(xiàn)取較高的下限值 3%為例,即 SiH4 占空氣濃度≥3%就會自燃,設滿足 SiH4自燃的濃度值為 mx,則 mx≥3%。給定條件氣體為 5%SiH4/N2 混合氣,假設其泄露在空氣中的體積為 V1,設房間里空氣的體積為 V2,則可計算 SiH4在空氣中的濃度 my為:
m?? =5%??1V1 + ??2× 100%
當房間足夠小,空氣體積趨近于 0 時,
m?? = lim??→0+5%??1V1 + ??2× 100% = 5%
當房間足夠大,空氣體積趨近于無窮大時,
m?? = lim??→∞5%??1V1 + ??2× 100% = 0
則 my的范圍是 0<my<5%,令集合 A={ mx| mx≥3% },集合 B={my|0<my<5%}
則有 A∩B≠0。
二、結論
引入集合的意義在于將實際問題建立數(shù)學模型,能較為直觀的反應出結論。引證中 A∩B≠0 即是題設給定 5%SiH4/N2混合氣有能滿足在空氣中自燃的條件,所以5%SiH4/N2混合氣屬于自燃氣體。