1. Plazmada kimyəvi buxarın çökməsinin əsas prosesləri
Plazma gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökmə (PECVD) parıltılı boşalma plazmasının köməyi ilə qazlı maddələrin kimyəvi reaksiyası ilə nazik təbəqələrin böyüməsi üçün yeni bir texnologiyadır. PECVD texnologiyası qazın boşaldılması ilə hazırlandığından, qeyri-tarazlıq plazmasının reaksiya xüsusiyyətlərindən səmərəli istifadə olunur və reaksiya sisteminin enerji təchizatı rejimi əsaslı şəkildə dəyişdirilir. Ümumiyyətlə, nazik təbəqələrin hazırlanması üçün PECVD texnologiyasından istifadə edildikdə, nazik təbəqələrin böyüməsi əsasən aşağıdakı üç əsas prosesi əhatə edir.
Birincisi, qeyri-tarazlıq plazmasında elektronlar ilkin mərhələdə reaksiya qazı ilə reaksiyaya girərək reaksiya qazını parçalayır və ionların və aktiv qrupların qarışığı yaradır;
İkincisi, bütün növ aktiv qruplar yayılır və filmin səthinə və divarına nəql olunur və reaktivlər arasında ikincili reaksiyalar eyni vaxtda baş verir;
Nəhayət, böyümə səthinə çatan bütün növ ilkin və ikincil reaksiya məhsulları adsorbsiya olunur və qaz molekullarının yenidən sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.
Xüsusilə, parıldayan boşalma metoduna əsaslanan PECVD texnologiyası xarici elektromaqnit sahəsinin həyəcanı altında reaksiya qazını ionlaşdıraraq plazma meydana gətirə bilər. Parıldayan boşalma plazmasında xarici elektrik sahəsi ilə sürətləndirilən elektronların kinetik enerjisi adətən təxminən 10ev və ya daha yüksəkdir, bu da reaktiv qaz molekullarının kimyəvi bağlarını məhv etmək üçün kifayətdir. Buna görə də, yüksək enerjili elektronların və reaktiv qaz molekullarının qeyri-elastik toqquşması nəticəsində qaz molekulları neytral atomlar və molekulyar məhsullar yaratmaq üçün ionlaşacaq və ya parçalanacaq. Müsbət ionlar elektrik sahəsini sürətləndirən ion təbəqəsi ilə sürətlənir və yuxarı elektrodla toqquşur. Aşağı elektrodun yaxınlığında kiçik bir ion qatının elektrik sahəsi də var, buna görə də substrat müəyyən dərəcədə ionlarla bombalanır. Nəticədə, parçalanma nəticəsində yaranan neytral maddə boru divarına və substrata yayılır. Sürünmə və diffuziya prosesində bu hissəciklər və qruplar (kimyəvi cəhətdən aktiv neytral atomlar və molekullar qruplar adlanır) qısa orta sərbəst yola görə ion molekul reaksiyasına və qrup molekul reaksiyasına məruz qalacaqlar. Substrata çatan və adsorbsiya olunan kimyəvi aktiv maddələrin (əsasən qrupların) kimyəvi xassələri çox aktivdir və onların arasında qarşılıqlı təsir nəticəsində plyonka əmələ gəlir.
2. Plazmada kimyəvi reaksiyalar
Parıldayan boşalma prosesində reaksiya qazının həyəcanlanması əsasən elektronların toqquşması olduğundan, plazmada elementar reaksiyalar müxtəlifdir və plazma ilə bərk səth arasındakı qarşılıqlı təsir də çox mürəkkəbdir, bu da mexanizmin öyrənilməsini çətinləşdirir. PECVD prosesi. İndiyədək bir çox mühüm reaksiya sistemləri ideal xüsusiyyətlərə malik filmlər əldə etmək üçün eksperimentlərlə optimallaşdırılıb. PECVD texnologiyasına əsaslanan silikon əsaslı nazik təbəqələrin çökdürülməsi üçün, çökmə mexanizmi dərindən aşkar edilə bilsə, materialların əla fiziki xüsusiyyətlərini təmin etmək üçün silikon əsaslı nazik təbəqələrin çökmə sürətini xeyli artırmaq olar.
Hal-hazırda silikon əsaslı nazik təbəqələrin tədqiqində reaksiya qazı kimi hidrogenlə seyreltilmiş silan (SiH4) geniş istifadə olunur, çünki silikon əsaslı nazik təbəqələrdə müəyyən miqdarda hidrogen var. H silisium əsaslı nazik filmlərdə çox mühüm rol oynayır. Material strukturunda sallanan bağları doldura bilər, qüsur enerji səviyyəsini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər və materialların valent elektron nəzarətini asanlıqla həyata keçirə bilər. İlk olaraq silikon nazik filmlərin dopinq effektini dərk etmiş və ilk PN qovşağını hazırlamış, PECVD texnologiyasına əsaslanan silikon əsaslı nazik təbəqələrin hazırlanması və tətbiqi üzrə tədqiqatlar sürətlə inkişaf etdirilmişdir. Buna görə də, PECVD texnologiyası ilə çökdürülmüş silikon əsaslı nazik filmlərdə kimyəvi reaksiya aşağıda təsvir ediləcək və müzakirə ediləcək.
Parıldayan boşalma şəraitində, silan plazmasındakı elektronlar bir neçə EV enerjiyə malik olduğundan, H2 və SiH4 ilkin reaksiyaya aid olan elektronlarla toqquşduqda parçalanacaqlar. Aralıq həyəcanlı vəziyyətləri nəzərə almasaq, sihm-in (M = 0,1,2,3) H ilə aşağıdakı dissosiasiya reaksiyalarını ala bilərik.
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)
Torpaq hal molekullarının standart istehsalı istiliyinə uyğun olaraq, yuxarıda göstərilən dissosiasiya prosesləri (2.1) ~ (2.5) üçün tələb olunan enerjilər müvafiq olaraq 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV və 4.5 EV-dir. Plazmadakı yüksək enerjili elektronlar da aşağıdakı ionlaşma reaksiyalarından keçə bilər
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)
(2.6) ~ (2.9) üçün tələb olunan enerji müvafiq olaraq 11.9, 12.3, 13.6 və 15.3 EV-dir. Reaksiya enerjisinin fərqinə görə (2.1) ~ (2.9) reaksiyaların ehtimalı çox qeyri-bərabərdir. Bundan əlavə, (2.1) ~ (2.5) reaksiya prosesi ilə əmələ gələn sihm ionlaşmaq üçün aşağıdakı ikinci dərəcəli reaksiyalara məruz qalacaq, məsələn:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Yuxarıdakı reaksiya tək elektron prosesi vasitəsilə həyata keçirilirsə, tələb olunan enerji təxminən 12 eV və ya daha çox olur. Elektron sıxlığı 1010 sm-3 olan zəif ionlaşmış plazmada 10ev-dən yuxarı yüksək enerjili elektronların sayının atmosfer təzyiqi (10-100pa) altında silikon əsaslı plyonkaların hazırlanması üçün nisbətən az olduğunu nəzərə alaraq, kumulyativ ionlaşma ehtimalı ümumiyyətlə həyəcanlanma ehtimalından kiçikdir. Buna görə də silan plazmasında yuxarıda göstərilən ionlaşmış birləşmələrin nisbəti çox kiçikdir və sihmin neytral qrupu dominantdır. Kütləvi spektr analizinin nəticələri də bu qənaəti sübut edir [8]. Bourquard et al. Daha sonra sihm konsentrasiyasının sih3, sih2, Si və SIH qaydasında azaldığını, lakin SiH3 konsentrasiyasının SIH-dən ən çox üç dəfə olduğunu qeyd etdi. Robertson və başqaları. Bildirildi ki, sihm-in neytral məhsullarında təmiz silan əsasən yüksək güclü boşalma üçün, sih3 isə əsasən aşağı güclü boşalma üçün istifadə edilmişdir. Konsentrasiyanın yüksəkdən aşağıya doğru sırası SiH3, SiH, Si, SiH2 idi. Buna görə də, plazma prosesinin parametrləri sihm neytral məhsulların tərkibinə güclü təsir göstərir.
Yuxarıda göstərilən dissosiasiya və ionlaşma reaksiyalarına əlavə olaraq, ion molekulları arasında ikincili reaksiyalar da çox vacibdir.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Buna görə də ion konsentrasiyası baxımından sih3 + sih2 +-dan çoxdur. SiH4 plazmasında nə üçün sih3 + ionlarının sih2 + ionlarından daha çox olduğunu izah edə bilər.
Bundan əlavə, plazmadakı hidrogen atomlarının SiH4-də hidrogeni tutduğu molekulyar atom toqquşması reaksiyası olacaq.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Bu ekzotermik reaksiyadır və si2h6 əmələ gəlməsi üçün bir xəbərdir. Təbii ki, bu qruplar təkcə zəmin vəziyyətində deyil, həm də plazmadakı həyəcanlı vəziyyətə görə həyəcanlanırlar. Silan plazmasının emissiya spektrləri göstərir ki, Si, SIH, h-nin optik olaraq icazə verilən keçid həyəcanlı halları və SiH2, SiH3-ün vibrasiya həyəcanlı vəziyyətləri mövcuddur.
Göndərmə vaxtı: 07 aprel 2021-ci il