1. Prif brosesau plasma gwell dyddodiad anwedd cemegol
Mae dyddodiad anwedd cemegol plasma wedi'i wella (PECVD) yn dechnoleg newydd ar gyfer twf ffilmiau tenau trwy adwaith cemegol sylweddau nwyol gyda chymorth plasma rhyddhau glow. Oherwydd bod technoleg PECVD yn cael ei baratoi gan ollyngiad nwy, mae nodweddion adwaith plasma nad yw'n ecwilibriwm yn cael eu defnyddio'n effeithiol, ac mae dull cyflenwi ynni'r system adwaith yn cael ei newid yn sylfaenol. Yn gyffredinol, pan ddefnyddir technoleg PECVD i baratoi ffilmiau tenau, mae twf ffilmiau tenau yn bennaf yn cynnwys y tair proses sylfaenol ganlynol
Yn gyntaf, yn y plasma di-ecwilibriwm, mae electronau'n adweithio â'r nwy adwaith yn y cyfnod cynradd i ddadelfennu'r nwy adwaith a ffurfio cymysgedd o ïonau a grwpiau gweithredol;
Yn ail, mae pob math o grwpiau gweithredol yn gwasgaru ac yn cludo i wyneb a wal y ffilm, ac mae'r adweithiau eilaidd rhwng yr adweithyddion yn digwydd ar yr un pryd;
Yn olaf, mae pob math o gynhyrchion adwaith cynradd ac uwchradd sy'n cyrraedd yr wyneb twf yn cael eu harsugno ac yn adweithio â'r wyneb, ynghyd ag ail-rhyddhau moleciwlau nwyol.
Yn benodol, gall technoleg PECVD sy'n seiliedig ar ddull rhyddhau glow wneud y nwy adwaith yn ïoneiddio i ffurfio plasma o dan gyffro maes electromagnetig allanol. Mewn plasma rhyddhau glow, mae egni cinetig electronau sy'n cael ei gyflymu gan faes trydan allanol tua 10ev, neu hyd yn oed yn uwch, sy'n ddigon i ddinistrio bondiau cemegol moleciwlau nwy adweithiol. Felly, trwy wrthdrawiad anelastig electronau ynni uchel a moleciwlau nwy adweithiol, bydd y moleciwlau nwy yn cael eu ïoneiddio neu eu dadelfennu i gynhyrchu atomau niwtral a chynhyrchion moleciwlaidd. Mae'r ïonau positif yn cael eu cyflymu gan yr haen ïon yn cyflymu maes trydan ac yn gwrthdaro â'r electrod uchaf. Mae yna hefyd faes trydan haen ïon bach ger yr electrod isaf, felly mae'r swbstrad hefyd yn cael ei beledu gan ïonau i ryw raddau. O ganlyniad, mae'r sylwedd niwtral a gynhyrchir gan ddadelfennu yn tryledu i wal y tiwb a'r swbstrad. Yn y broses o drifft a thrylediad, bydd y gronynnau a'r grwpiau hyn (gelwir yr atomau a'r moleciwlau niwtral sy'n weithredol yn gemegol yn grwpiau) yn cael adwaith moleciwl ïon ac adwaith moleciwlau grŵp oherwydd y llwybr rhydd cyfartalog byr. Mae priodweddau cemegol y sylweddau gweithredol cemegol (yn bennaf grwpiau) sy'n cyrraedd y swbstrad ac sy'n cael eu harsugno yn weithgar iawn, ac mae'r ffilm yn cael ei ffurfio gan y rhyngweithio rhyngddynt.
2. Adweithiau cemegol mewn plasma
Oherwydd bod cyffro'r nwy adwaith yn y broses rhyddhau glow yn wrthdrawiad electronau yn bennaf, mae'r adweithiau elfennol yn y plasma yn amrywiol, ac mae'r rhyngweithio rhwng y plasma a'r arwyneb solet hefyd yn gymhleth iawn, sy'n ei gwneud hi'n anoddach astudio'r mecanwaith o broses PECVD. Hyd yn hyn, mae llawer o systemau adwaith pwysig wedi'u optimeiddio gan arbrofion i gael ffilmiau â phriodweddau delfrydol. Ar gyfer dyddodiad ffilmiau tenau silicon yn seiliedig ar dechnoleg PECVD, os gellir datgelu'r mecanwaith dyddodiad yn ddwfn, gellir cynyddu cyfradd dyddodiad ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon yn fawr ar y rhagosodiad o sicrhau priodweddau ffisegol rhagorol deunyddiau.
Ar hyn o bryd, wrth ymchwilio i ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon, defnyddir silane gwanedig hydrogen (SiH4) yn eang fel y nwy adwaith oherwydd bod rhywfaint o hydrogen yn y ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon. Mae H yn chwarae rhan bwysig iawn yn y ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon. Gall lenwi'r bondiau hongian yn y strwythur deunydd, lleihau'r lefel egni diffyg yn fawr, a gwireddu rheolaeth electron falens y deunyddiau yn hawdd Ers spear et al. Sylweddolodd yn gyntaf effaith dopio ffilmiau tenau silicon a pharatowyd y gyffordd PN gyntaf i mewn, mae'r ymchwil ar baratoi a chymhwyso ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon yn seiliedig ar dechnoleg PECVD wedi'i ddatblygu gan lamau a therfynau. Felly, bydd yr adwaith cemegol mewn ffilmiau tenau sy'n seiliedig ar silicon a adneuwyd gan dechnoleg PECVD yn cael ei ddisgrifio a'i drafod yn y canlynol.
O dan yr amod rhyddhau glow, oherwydd bod gan yr electronau yn y plasma silane fwy na sawl egni EV, bydd H2 a SiH4 yn dadelfennu pan fyddant yn cael eu gwrthdaro gan electronau, sy'n perthyn i'r adwaith cynradd. Os na fyddwn yn ystyried y cyflyrau cynhyrfus canolraddol, gallwn gael yr adweithiau daduniad canlynol o sihm (M = 0,1,2,3) â H
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)
Yn ôl gwres safonol cynhyrchu moleciwlau cyflwr daear, yr egni sydd ei angen ar gyfer y prosesau daduniad uchod (2.1) ~ (2.5) yw 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV a 4.5 EV yn y drefn honno. Gall electronau ynni uchel mewn plasma hefyd gael yr adweithiau ïoneiddiad canlynol
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)
Yr egni sydd ei angen ar gyfer (2.6) ~ (2.9) yw 11.9, 12.3, 13.6 a 15.3 EV yn y drefn honno. Oherwydd y gwahaniaeth o egni adwaith, mae'r tebygolrwydd o (2.1) ~ (2.9) adweithiau yn anwastad iawn. Yn ogystal, bydd y sihm a ffurfiwyd gyda'r broses adwaith (2.1) ~ (2.5) yn cael yr adweithiau eilaidd canlynol i ïoneiddio, megis
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Os yw'r adwaith uchod yn cael ei wneud trwy broses un electron, mae'r egni sydd ei angen tua 12 eV neu fwy. O ystyried y ffaith bod nifer yr electronau ynni uchel uwchlaw 10ev yn y plasma gwan wedi'i ïoneiddio â dwysedd electronau o 1010cm-3 yn gymharol fach o dan y pwysau atmosfferig (10-100pa) ar gyfer paratoi ffilmiau sy'n seiliedig ar silicon, Y cronnus tebygolrwydd ionization yn gyffredinol yn llai na'r tebygolrwydd excitation. Felly, mae cyfran y cyfansoddion ïoneiddiedig uchod mewn plasma silane yn fach iawn, ac mae'r grŵp niwtral o sihm yn dominyddu. Mae canlyniadau dadansoddiad y sbectrwm màs hefyd yn profi'r casgliad hwn [8]. Mae Bourquard et al. Nododd ymhellach fod crynodiad sihm wedi gostwng yn nhrefn sih3, sih2, Si a SIH, ond roedd crynodiad SiH3 deirgwaith yn fwy na SIH ar y mwyaf. Robertson et al. Adroddwyd, yn y cynhyrchion niwtral o sihm, bod silane pur yn cael ei ddefnyddio'n bennaf ar gyfer rhyddhau pŵer uchel, tra bod sih3 yn cael ei ddefnyddio'n bennaf ar gyfer rhyddhau pŵer isel. Trefn y crynodiad o uchel i isel oedd SiH3, SiH, Si, SiH2. Felly, mae paramedrau'r broses plasma yn effeithio'n gryf ar gyfansoddiad cynhyrchion niwtral sihm.
Yn ogystal â'r adweithiau daduniad ac ïoneiddiad uchod, mae'r adweithiau eilaidd rhwng moleciwlau ïonig hefyd yn bwysig iawn
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Felly, o ran crynodiad ïon, mae sih3 + yn fwy na sih2 +. Gall esbonio pam mae mwy o ïonau sih3 + nag ïonau sih2 + mewn plasma SiH4.
Yn ogystal, bydd adwaith gwrthdrawiad atom moleciwlaidd lle mae'r atomau hydrogen yn y plasma yn dal yr hydrogen yn SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Mae'n adwaith ecsothermig ac yn rhagflaenydd ar gyfer ffurfio si2h6. Wrth gwrs, mae'r grwpiau hyn nid yn unig yn y cyflwr daear, ond hefyd yn gyffrous i'r cyflwr cyffrous yn y plasma. Mae sbectra allyriadau plasma silane yn dangos bod cyflyrau cyffrous trawsnewidiol sy'n dderbyniol yn optegol o Si, SIH, h, a chyflyrau cyffro dirgrynol SiH2, SiH3
Amser postio: Ebrill-07-2021