1. Ĉefaj procezoj de plasmo plibonigita kemia vapordemetado
Plasma plifortigita kemia vapordemetado (PECVD) estas nova teknologio por la kresko de maldikaj filmoj per kemia reago de gasaj substancoj kun la helpo de brila malŝarĝa plasmo. Ĉar PECVD-teknologio estas preparita per gasa malŝarĝo, la reagokarakterizaĵoj de ne-ekvilibra plasmo estas efike utiligitaj, kaj la energiproviza reĝimo de reagsistemo estas fundamente ŝanĝita. Ĝenerale, kiam PECVD-teknologio estas uzata por prepari maldikajn filmojn, la kresko de maldikaj filmoj ĉefe inkluzivas la jenajn tri bazajn procezojn.
Unue, en la ne-ekvilibra plasmo, elektronoj reagas kun la reaggaso en la primara stadio por malkomponi la reaggason kaj formi miksaĵon de jonoj kaj aktivaj grupoj;
Due, ĉiaj aktivaj grupoj disvastiĝas kaj transportas al la surfaco kaj la muro de la filmo, kaj la sekundaraj reagoj inter la reakciantoj okazas samtempe;
Fine, ĉiuj specoj de primaraj kaj sekundaraj reakciaj produktoj atingantaj la kreskosurfacon estas adsorbitaj kaj reagas kun la surfaco, akompanate de la reliberigo de gasaj molekuloj.
Specife, PECVD-teknologio bazita sur brila senŝargiĝmetodo povas igi la reaggason jonigi por formi plasmon sub la ekscito de ekstera elektromagneta kampo. En ardo-senŝargi plasmo, la kinetika energio de elektronoj akcelitaj per ekstera elektra kampo estas kutime proksimume 10ev, aŭ eĉ pli alta, kio sufiĉas por detrui la kemiajn ligojn de reaktivaj gasmolekuloj. Tial, per la malelasta kolizio de alt-energiaj elektronoj kaj reaktivaj gasmolekuloj, la gasmolekuloj estos jonigitaj aŭ malkomponitaj por produkti neŭtrajn atomojn kaj molekulajn produktojn. La pozitivaj jonoj estas akcelitaj de la jontavolo akcelanta elektran kampon kaj kolizias kun la supra elektrodo. Ekzistas ankaŭ malgranda jontavola elektra kampo proksime de la pli malalta elektrodo, tiel ke la substrato ankaŭ estas bombardita per jonoj iagrade. Kiel rezulto, la neŭtrala substanco produktita per putriĝo difuzas al la tubmuro kaj substrato. En la procezo de drivo kaj disvastigo, ĉi tiuj partikloj kaj grupoj (la kemie aktivaj neŭtralaj atomoj kaj molekuloj estas nomitaj grupoj) suferos jonan molekulan reagon kaj grupan molekulan reagon pro la mallonga averaĝa libera vojo. La kemiaj propraĵoj de la kemiaj aktivaj substancoj (ĉefe grupoj), kiuj atingas la substraton kaj estas adsorbitaj, estas tre aktivaj, kaj la filmo estas formita per la interago inter ili.
2. Kemiaj reagoj en plasmo
Ĉar la ekscito de la reakcia gaso en la procezo de brila malŝarĝo estas ĉefe elektrona kolizio, la elementaj reagoj en la plasmo estas diversaj, kaj la interago inter la plasmo kaj la solida surfaco ankaŭ estas tre kompleksa, kio malfaciligas studi la mekanismon. de PECVD-procezo. Ĝis nun, multaj gravaj reagsistemoj estis optimumigitaj per eksperimentoj por akiri filmojn kun idealaj trajtoj. Por la deponado de silicio-bazitaj maldikaj filmoj bazitaj sur PECVD-teknologio, se la deponmekanismo povas esti profunde malkaŝita, la depona indico de silicio-bazitaj maldikaj filmoj povas esti multe pliigita sur la kondiĉo de certigi la bonegajn fizikajn ecojn de materialoj.
Nuntempe, en la esplorado de maldikaj filmoj bazitaj en silicio, hidrogena diluita silano (SiH4) estas vaste uzata kiel reakcia gaso ĉar estas certa kvanto da hidrogeno en la maldikaj filmoj bazitaj en silicio. H ludas tre gravan rolon en la silici-bazitaj maldikaj filmoj. Ĝi povas plenigi la pendantajn ligojn en la materiala strukturo, multe redukti la difektan energian nivelon, kaj facile realigi la valentan elektronan kontrolon de la materialoj Ekde lanco et al. Unue realigis la dopan efikon de siliciaj maldikaj filmoj kaj preparis la unuan PN-kruciĝon en, la esplorado pri la preparado kaj aplikado de silicio-bazitaj maldikaj filmoj bazitaj sur PECVD-teknologio estis disvolvita per saltoj kaj saltegoj. Sekve, la kemia reago en maldikaj filmoj bazitaj en silicio deponitaj per PECVD-teknologio estos priskribita kaj diskutita jene.
Sub la kondiĉo de brila senŝargiĝo, ĉar la elektronoj en la silana plasmo havas pli ol plurajn EV-energion, H2 kaj SiH4 malkomponiĝos kiam ili estas koliziitaj de elektronoj, kiu apartenas al la primara reago. Se ni ne konsideras la mezajn ekscititajn statojn, ni povas ricevi la sekvajn disociajn reagojn de sihm (M = 0,1,2,3) kun 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)
Laŭ la norma varmo de produktado de bazŝtataj molekuloj, la energioj necesaj por ĉi-supraj disociigprocezoj (2.1) ~ (2.5) estas 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV kaj 4.5 EV respektive. Altenergiaj elektronoj en plasmo ankaŭ povas sperti la sekvajn jonigreagojn
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)
La energio necesa por (2.6) ~ (2.9) estas 11.9, 12.3, 13.6 kaj 15.3 EV respektive. Pro la diferenco de reakcia energio, la probablo de (2.1) ~ (2.9) reagoj estas tre neegala. Krome, la sihm formita kun la reagprocezo (2.1) ~ (2.5) suferos la sekvajn sekundarajn reagojn por jonigi, kiel ekzemple
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Se ĉi-supra reago estas efektivigita per ununura elektrona procezo, la energio bezonata estas proksimume 12 eV aŭ pli. Konsiderante la fakton, ke la nombro da alt-energiaj elektronoj super 10ev en la malforte jonigita plasmo kun elektrona denseco de 1010cm-3 estas relative malgranda sub la atmosfera premo (10-100pa) por la preparado de silicio-bazitaj filmoj, La akumula. jonigprobablo estas ĝenerale pli malgranda ol la ekscitprobablo. Tial, la proporcio de ĉi-supraj jonigitaj kunmetaĵoj en silanplasmo estas tre malgranda, kaj la neŭtrala grupo de sihm estas domina. La rezultoj de analizo de masspektro ankaŭ pruvas ĉi tiun konkludon [8]. Bourquard et al. Plue substrekis ke la koncentriĝo de sihm malpliiĝis en la ordo de sih3, sih2, Si kaj SIH, sed la koncentriĝo de SiH3 estis maksimume tri fojojn tiu de SIH. Robertson et al. Raportis, ke en la neŭtralaj produktoj de sihm, pura silano estis ĉefe uzata por altpotenca malŝarĝo, dum sih3 estis ĉefe uzata por malaltforta malŝarĝo. La ordo de koncentriĝo de alta ĝis malalta estis SiH3, SiH, Si, SiH2. Tial, la plasmoprocezaj parametroj forte influas la konsiston de sihm-neŭtralaj produktoj.
Krom ĉi-supraj disociaj kaj jonigaj reagoj, la sekundaraj reagoj inter jonaj molekuloj ankaŭ estas tre gravaj
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Tial, laŭ jonkoncentriĝo, sih3 + estas pli ol sih2 +. Ĝi povas klarigi kial estas pli da sih3 + jonoj ol sih2 + jonoj en SiH4-plasmo.
Krome, ekzistos molekula atomkolizio reago en kiu la hidrogenatomoj en la plasmo kaptas la hidrogenon en SiH4.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ĝi estas eksoterma reago kaj antaŭulo por la formado de si2h6. Kompreneble, ĉi tiuj grupoj estas ne nur en la baza stato, sed ankaŭ ekscititaj al la ekscitita stato en la plasmo. La emisiospektroj de silanplasmo montras ke ekzistas optike akcepteblaj transiraj ekscititaj statoj de Si, SIH, h, kaj vibraj ekscititaj statoj de SiH2, SiH3
Afiŝtempo: Apr-07-2021