1. Hoofprosesse van plasma-versterkte chemiese dampneerslag
Plasma-versterkte chemiese dampneerslag (PECVD) is 'n nuwe tegnologie vir die groei van dun films deur chemiese reaksie van gasvormige stowwe met behulp van gloei-ontladingsplasma. Omdat PECVD-tegnologie deur gasontlading voorberei word, word die reaksie-eienskappe van nie-ewewigplasma effektief benut, en die energietoevoermodus van reaksiestelsel word fundamenteel verander. Oor die algemeen, wanneer PECVD-tegnologie gebruik word om dun films voor te berei, sluit die groei van dun films hoofsaaklik die volgende drie basiese prosesse in
Eerstens, in die nie-ewewig plasma, reageer elektrone met die reaksiegas in die primêre stadium om die reaksiegas te ontbind en 'n mengsel van ione en aktiewe groepe te vorm;
Tweedens, alle soorte aktiewe groepe diffundeer en vervoer na die oppervlak en die wand van die film, en die sekondêre reaksies tussen die reaktante vind terselfdertyd plaas;
Laastens word alle soorte primêre en sekondêre reaksieprodukte wat die groeioppervlak bereik geadsorbeer en reageer met die oppervlak, gepaardgaande met die hervrystelling van gasvormige molekules.
Spesifiek, PECVD-tegnologie gebaseer op gloei-ontladingsmetode kan die reaksiegas laat ioniseer om plasma te vorm onder die opwekking van eksterne elektromagnetiese veld. In gloei-ontladingsplasma is die kinetiese energie van elektrone wat deur eksterne elektriese veld versnel word, gewoonlik ongeveer 10ev, of selfs hoër, wat genoeg is om die chemiese bindings van reaktiewe gasmolekules te vernietig. Daarom, deur die onelastiese botsing van hoë-energie elektrone en reaktiewe gasmolekules, sal die gasmolekules geïoniseer of ontbind word om neutrale atome en molekulêre produkte te produseer. Die positiewe ione word versnel deur die ioonlaag wat elektriese veld versnel en bots met die boonste elektrode. Daar is ook 'n klein ioonlaag elektriese veld naby die onderste elektrode, so die substraat word ook tot 'n mate deur ione gebombardeer. As gevolg hiervan diffundeer die neutrale stof wat deur ontbinding geproduseer word na die buiswand en substraat. In die proses van wegdrywing en diffusie sal hierdie deeltjies en groepe (die chemies aktiewe neutrale atome en molekules word groepe genoem) ioonmolekulereaksie en groepmolekuulreaksie ondergaan as gevolg van die kort gemiddelde vrye pad. Die chemiese eienskappe van die chemiese aktiewe stowwe (hoofsaaklik groepe) wat die substraat bereik en geadsorbeer word, is baie aktief, en die film word gevorm deur die interaksie tussen hulle.
2. Chemiese reaksies in plasma
Omdat die opwekking van die reaksiegas in die gloei-ontladingsproses hoofsaaklik elektronbotsing is, is die elementêre reaksies in die plasma uiteenlopend, en die interaksie tussen die plasma en die vaste oppervlak is ook baie kompleks, wat dit moeiliker maak om die meganisme te bestudeer van PECVD-proses. Tot dusver is baie belangrike reaksiestelsels deur eksperimente geoptimaliseer om films met ideale eienskappe te verkry. Vir die afsetting van silikon-gebaseerde dun films gebaseer op PECVD-tegnologie, as die afsettingsmeganisme diep geopenbaar kan word, kan die neerslagtempo van silikon-gebaseerde dun films aansienlik verhoog word op die uitgangspunt om die uitstekende fisiese eienskappe van materiale te verseker.
Tans, in die navorsing van silikon-gebaseerde dun films, word waterstof verdunde silaan (SiH4) wyd gebruik as die reaksiegas omdat daar 'n sekere hoeveelheid waterstof in die silikon-gebaseerde dun films is. H speel 'n baie belangrike rol in die silikon-gebaseerde dun films. Dit kan die hangende bindings in die materiaalstruktuur vul, die gebrekkige energievlak aansienlik verminder en maklik die valenselektronbeheer van die materiale besef. Sedert spear et al. Eerste besef die doping effek van silikon dun films en voorberei die eerste PN aansluiting in, die navorsing oor die voorbereiding en toepassing van silikon-gebaseerde dun films gebaseer op PECVD tegnologie is ontwikkel met rasse skrede. Daarom sal die chemiese reaksie in silikon-gebaseerde dun films wat deur PECVD-tegnologie gedeponeer word in die volgende beskryf en bespreek word.
Onder die gloei-ontladingstoestand, omdat die elektrone in die silaanplasma meer as verskeie EV-energie het, sal H2 en SiH4 ontbind wanneer hulle gebots word deur elektrone, wat tot die primêre reaksie behoort. As ons nie die intermediêre opgewekte toestande in ag neem nie, kan ons die volgende dissosiasiereaksies van sihm (M = 0,1,2,3) met H kry
e+SiH4→SiH2+H2+e (2.1)
e+SiH4→SiH3+ H+e (2.2)
e+SiH4→Si+2H2+e (2.3)
e+SiH4→SiH+H2+H+e (2.4)
e+H2→2H+e (2,5)
Volgens die standaard produksiehitte van grondtoestandmolekules is die energieë wat benodig word vir die bogenoemde dissosiasieprosesse (2.1) ~ (2.5) onderskeidelik 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV en 4.5 EV. Hoë-energie elektrone in plasma kan ook die volgende ionisasiereaksies ondergaan
e+SiH4→SiH2++H2+2e (2.6)
e+SiH4→SiH3++ H+2e (2.7)
e+SiH4→Si++2H2+2e (2,8)
e+SiH4→SiH++H2+H+2e (2.9)
Die energie benodig vir (2.6) ~ (2.9) is onderskeidelik 11.9, 12.3, 13.6 en 15.3 EV. As gevolg van die verskil van reaksie-energie is die waarskynlikheid van (2.1) ~ (2.9) reaksies baie ongelyk. Daarbenewens sal die sihm wat met die reaksieproses (2.1) ~ (2.5) gevorm word die volgende sekondêre reaksies ondergaan om te ioniseer, soos bv.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Indien bogenoemde reaksie deur middel van 'n enkele elektronproses uitgevoer word, is die benodigde energie ongeveer 12 eV of meer. In die lig van die feit dat die aantal hoë-energie elektrone bo 10ev in die swak geïoniseerde plasma met elektrondigtheid van 1010cm-3 relatief klein is onder die atmosferiese druk (10-100pa) vir die voorbereiding van silikon-gebaseerde films, Die kumulatiewe ionisasie waarskynlikheid is oor die algemeen kleiner as die opwekking waarskynlikheid. Daarom is die proporsie van die bogenoemde geïoniseerde verbindings in silaanplasma baie klein, en die neutrale groep sihm is dominant. Die massaspektrum analise resultate bewys ook hierdie gevolgtrekking [8]. Bourquard et al. Verder daarop gewys dat die konsentrasie sihm afgeneem het in die orde van sih3, sih2, Si en SIH, maar die konsentrasie van SiH3 was hoogstens drie keer dié van SIH. Robertson et al. Gerapporteer dat in die neutrale produkte van sihm, suiwer silaan hoofsaaklik gebruik is vir hoëkragontlading, terwyl sih3 hoofsaaklik vir laekragontlading gebruik is. Die volgorde van konsentrasie van hoog na laag was SiH3, SiH, Si, SiH2. Daarom beïnvloed die plasmaprosesparameters die samestelling van sihm-neutrale produkte sterk.
Benewens die bogenoemde dissosiasie- en ionisasiereaksies, is die sekondêre reaksies tussen ioniese molekules ook baie belangrik
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Daarom, in terme van ioonkonsentrasie, is sih3 + meer as sih2 +. Dit kan verduidelik hoekom daar meer sih3 + ione as sih2 + ione in SiH4 plasma is.
Daarbenewens sal daar 'n molekulêre atoombotsingsreaksie wees waarin die waterstofatome in die plasma die waterstof in SiH4 vasvang
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Dit is 'n eksotermiese reaksie en 'n voorloper vir die vorming van si2h6. Natuurlik is hierdie groepe nie net in die grondtoestand nie, maar ook opgewonde oor die opgewekte toestand in die plasma. Die emissiespektra van silaanplasma toon dat daar opties toelaatbare oorgangs-opgewekte toestande van Si, SIH, h en vibrasie-opgewekte toestande van SiH2, SiH3 is
Postyd: Apr-07-2021