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迄今为止，热氧化法生长的SiO2仍然是最好的绝缘栅介质材料，是硅基微电子科学与半导体制造技术工业化生产的重要一环。硅热氧化的生长动力学研究是微电子材料的研究热点之一，在技术应用中也很有意义。建立一个能够准确预测氧化膜的生长行为的理论模型，是材料研究工作者孜孜不倦的奋斗目标。其中，Deal和Grove提出的唯象模型取得了很大的成功。Deal-Grove模型将硅氧化生长过程描述为扩散和反应两个连续的动力学机制，得到的氧化物厚度和生长时间的函数关系与大部分实验数据都符合得很好。但是这个模型有一个明显的缺陷，对干法氧化生长的理论预测中，其初期生长曲线明显偏离实验数据，显示出“异常高”的氧化速率。虽然其后的许多理论工作都致力于解决这个问题，但是没有取得成功。
我们猜测硅热氧化过程中的界面反应机制并不是简单的完全反应，而是存在一个由复杂硅氧化物构成的界面层。这一想法是从对高介电栅介质材料中界面层性质的研究工作中受到了启发。因此，我们系统地回顾了大量研究SiO2薄膜微观结构和化学反应模式的实验结果，以及近期的理论工作，如对缺陷和硅元素的反向扩散过程的研究。这些实验和理论工作都支持了我们的猜测：氧化层与硅衬底的界面不是分子组成和原子级别上的突变，氧化反应并不是仅仅按照完全反应方程的模式发生，也不仅限于在Si/SiO2界面处发生；氧化反应是包括一系列复杂化学反应，反应过程中产生了大量的中间产物。可以等效的认为，氧化过程中存在一个由复杂硅氧化物构成的过渡层，成分按化学计量比计算有多余Si元素。一系列复杂氧化反应都是在过渡层内进行的。从这个过渡层的概念出发，我们仍然以经典DG模型为框架，对扩散和反应的动力学机制作相应的改动，建立一个改进的唯象模型并推导出相应的函数关系，来描述氧化层厚度随时间变化的关系。
和不同晶格取向条件下的实验数据进行了拟合。可以看到，在很宽的温度范围内，我们的改进模型与氧化全过程实验数据符合得很好，特别是干法氧化初期的氧化层生长也能够准确预测。这证实了我们的改进模型对硅热氧化中扩散和反应动力学机制的描述是准确的，能够直观地预测氧化膜生长厚度随时间的演化关系，相对于DG模型具有一定的优越性。拟合得到的各种生长条件下的模型参数可以用来预测很宽温度范围内干法氧化和湿法氧化的氧化膜生长行为。
最后，本论文对各个模型参数随温度的变化规律进行了分析，针对等效反应层厚度与实验上观测到的成份过渡区的厚度相比偏大这一问题，进行了初步定性的讨论。基于SiOx的概念和x值的来源，我们认为这个差距是由于实验测量的一些局限性造成的。