1. Plasma indartutako lurrun kimikoen deposizioaren prozesu nagusiak
Plasma hobetutako lurrun-deposizio kimikoa (PECVD) film meheak hazteko teknologia berri bat da, substantzia gaseosoen erreakzio kimikoaren bidez, distira-deskargako plasmaren laguntzaz. PECVD teknologia gas-isuri bidez prestatzen denez, orekarik gabeko plasmaren erreakzio-ezaugarriak eraginkortasunez erabiltzen dira eta erreakzio-sistemaren energia hornitzeko modua funtsean aldatzen da. Oro har, film meheak prestatzeko PECVD teknologia erabiltzen denean, film meheen hazkundeak oinarrizko hiru prozesu hauek hartzen ditu barne.
Lehenik eta behin, orekarik gabeko plasman, elektroiek erreakzio-gasarekin erreakzionatzen dute lehen fasean erreakzio-gasa deskonposatzeko eta ioien eta talde aktiboen nahasketa bat eratzeko;
Bigarrenik, mota guztietako talde aktiboak filmaren gainazalean eta hormara hedatu eta garraiatzen dira, eta erreaktiboen arteko bigarren mailako erreakzioak aldi berean gertatzen dira;
Azkenik, hazkuntza-azalera iristen diren erreakzio-produktu primario eta sekundario mota guztiak xurgatzen dira eta gainazalean erreakzionatzen dira, molekula gaseosoen berriro askatzearekin batera.
Zehazki, distira-deskarga metodoan oinarritutako PECVD teknologiak erreakzio-gasa ioniza dezake kanpoko eremu elektromagnetikoaren kitzikapenean plasma sortzeko. Deskarga distiratsuko plasman, kanpoko eremu elektrikoak bizkortutako elektroien energia zinetikoa 10ev ingurukoa izan ohi da, edo are handiagoa, eta hori nahikoa da gas erreaktiboen molekulen lotura kimikoak suntsitzeko. Hori dela eta, energia handiko elektroien eta gas molekula erreaktiboen talka inelastikoen bidez, gas molekulak ionizatu edo deskonposatuko dira atomo neutroak eta produktu molekularrak sortzeko. Ioi positiboak eremu elektrikoa bizkortzen duen ioi-geruzak bizkortzen ditu eta goiko elektrodoarekin talka egiten dute. Beheko elektrodotik gertu ere ioi-geruzako eremu elektriko txiki bat dago, beraz, substratua ere ioiek bonbardatzen dute neurri batean. Ondorioz, deskonposizioak sortutako substantzia neutroa hodiaren hormara eta substratura hedatzen da. Deriba eta difusio prozesuan, partikula eta talde hauek (kimikoki aktibo diren atomo eta molekula neutroei talde deitzen zaie) ioi molekula erreakzioa eta talde molekula erreakzioa jasango dituzte batez besteko bide aske laburra dela eta. Substratura iristen diren eta xurgatzen diren substantzia kimiko aktiboen (batez ere taldeen) propietate kimikoak oso aktiboak dira, eta haien arteko elkarrekintzaz sortzen da filma.
2. Erreakzio kimikoak plasman
Distira-deskarga prozesuan erreakzio-gasaren kitzikapena elektroi-talka batez ere denez, plasmako oinarrizko erreakzioak askotarikoak dira, eta plasma eta gainazal solidoaren arteko elkarrekintza ere oso konplexua da, eta horrek mekanismoa aztertzea zailagoa da. PECVD prozesua. Orain arte, erreakzio-sistema garrantzitsu asko esperimentuen bidez optimizatu dira propietate idealak dituzten filmak lortzeko. PECVD teknologian oinarritutako silizioan oinarritutako film meheen deposiziorako, deposizio-mekanismoa sakonki agerian bada, silizioan oinarritutako film meheen deposizio-tasa asko handitu daiteke materialen propietate fisiko bikainak bermatzeko premisa.
Gaur egun, silizioan oinarritutako film meheen ikerketan, hidrogeno diluitutako silanoa (SiH4) asko erabiltzen da erreakzio gas gisa, silizioan oinarritutako film meheetan hidrogeno kopuru jakin bat dagoelako. H-k oso paper garrantzitsua betetzen du silizioan oinarritutako film meheetan. Material-egituran zintzilik dauden loturak bete ditzake, akatsen energia-maila asko murrizten du eta materialen balentzia-elektroiaren kontrola erraz konturatzen da Spear et al. Lehenik eta behin siliziozko film meheen doping-efektua konturatu eta lehen PN juntura prestatu zen, PECVD teknologian oinarritutako silizioan oinarritutako film meheak prestatzeari eta aplikatzeari buruzko ikerketa jauzi eta mugaz garatu da. Hori dela eta, PECVD teknologiak metatutako silizioan oinarritutako film meheetako erreakzio kimikoa deskribatu eta eztabaidatuko da jarraian.
Distira-deskarga baldintzapean, silano plasmako elektroiek EV energia baino gehiago dutenez, H2 eta SiH4 deskonposatuko dira elektroiek talka egiten dutenean, hau da, erreakzio primarioari dagokiona. Tarteko egoera kitzikatuak kontuan hartzen ez baditugu, sihm-ren disoziazio-erreakzio hauek lor ditzakegu (M = 0,1,2,3) H-rekin
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)
Oinarrizko egoera molekulen ekoizpen-bero estandarraren arabera, aurreko disoziazio prozesuetarako (2.1) ~ (2.5) behar diren energiak 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV eta 4.5 EV dira hurrenez hurren. Plasmako energia handiko elektroiek ionizazio-erreakzio hauek ere jasan ditzakete
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)-rako behar den energia 11,9, 12,3, 13,6 eta 15,3 EV da hurrenez hurren. Erreakzio-energiaren diferentzia dela eta, (2.1) ~ (2.9) erreakzioen probabilitatea oso irregularra da. Gainera, (2.1) ~ (2.5) erreakzio-prozesuarekin eratutako sihm-ak honako erreakzio sekundario hauek jasango ditu ionizatzeko, esate baterako
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Aurreko erreakzioa elektroi bakar baten bidez egiten bada, behar den energia 12 eV edo gehiagokoa da. Izan ere, 10ev-tik gorako energia handiko elektroi kopurua 1010cm-3-ko elektroi-dentsitatearekin ionizatutako plasma ahulean nahiko txikia dela presio atmosferikoaren azpian (10-100pa) silizioan oinarritutako filmak prestatzeko, ionizazio probabilitatea, oro har, kitzikapen probabilitatea baino txikiagoa da. Hori dela eta, goiko konposatu ionizatuen proportzioa silano plasman oso txikia da eta sihm talde neutroa da nagusi. Masa-espektroaren analisiaren emaitzek ere ondorio hori frogatzen dute [8]. Bourquard et al. Gainera, adierazi zuen sihm-en kontzentrazioa sih3, sih2, Si eta SIH-ren ordenan jaitsi zela, baina SiH3-ren kontzentrazioa SIHren hirukoitza zen gehienez. Robertson et al. Jakinarazi zuen sihm-en produktu neutroetan silano purua potentzia handiko deskargarako erabiltzen zela nagusiki, eta sih3 potentzia baxuko deskargarako erabiltzen zela nagusiki. Goitik baxurako kontzentrazio-ordena SiH3, SiH, Si, SiH2 izan zen. Hori dela eta, plasma-prozesuaren parametroek asko eragiten dute sihm produktu neutroen konposizioan.
Goiko disoziazio eta ionizazio erreakzioez gain, molekula ionikoen arteko bigarren mailako erreakzioak ere oso garrantzitsuak dira.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Beraz, ioien kontzentrazioari dagokionez, sih3 + sih2 + baino gehiago da. Azal dezake zergatik dauden sih3 + ioi gehiago sih2 + ioi baino SiH4 plasman.
Horrez gain, atomo molekularreko talka-erreakzio bat izango da eta bertan plasmako hidrogeno atomoek hidrogenoa SiH4-n harrapatzen dute.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Erreakzio exotermikoa da eta si2h6 eratzeko aitzindaria. Jakina, talde hauek oinarrizko egoeran ez ezik, plasmako egoera kitzikatuan ere kitzikatuta daude. Silano-plasmaren igorpen-espektroek Si, SIH, h-ren trantsizio-egoera optikoki onargarriak eta SiH2, SiH3-ren bibrazio-egoera kitzikatuak daudela erakusten dute.
Argitalpenaren ordua: 2021-07-07