1. Pangolahan utama plasma nambah deposition uap kimia
Plasma Enhanced chemical vapor deposition (PECVD) minangka teknologi anyar kanggo pertumbuhan film tipis kanthi reaksi kimia zat gas kanthi bantuan plasma discharge glow. Amarga teknologi PECVD disiapake kanthi discharge gas, karakteristik reaksi plasma non-keseimbangan digunakake kanthi efektif, lan mode sumber energi sistem reaksi diganti kanthi dhasar. Umumé, nalika teknologi PECVD digunakake kanggo nyiapake film tipis, wutah film tipis utamane kalebu telung proses dhasar ing ngisor iki.
Kaping pisanan, ing plasma non-ekuilibrium, elektron bereaksi karo gas reaksi ing tahap utami kanggo ngurai gas reaksi lan mbentuk campuran ion lan gugus aktif;
Sareh, kabeh jinis gugus aktif kasebar lan transportasi menyang lumahing lan tembok film, lan reaksi secondary antarane reactants dumadi ing wektu sing padha;
Pungkasan, kabeh jinis produk reaksi primer lan sekunder sing tekan permukaan wutah diserap lan reaksi karo permukaan, diiringi pelepasan molekul gas.
Khususé, teknologi PECVD adhedhasar cara discharge cemlorot bisa nggawe gas reaksi dadi ionisasi kanggo mbentuk plasma kanthi eksitasi medan elektromagnetik eksternal. Ing plasma discharge cemlorot, energi kinetik elektron sing digawe cepet dening medan listrik eksternal biasane kira-kira 10ev, utawa malah luwih dhuwur, sing cukup kanggo numpes ikatan kimia molekul gas reaktif. Mulane, liwat tabrakan inelastic elektron energi dhuwur lan molekul gas reaktif, molekul gas bakal ionized utawa decomposed kanggo gawé atom netral lan produk molekul. Ion positif digawe cepet dening lapisan ion nyepetake medan listrik lan tabrakan karo elektroda ndhuwur. Ana uga medan listrik lapisan ion cilik ing cedhak elektroda ngisor, saengga substrate uga dibombardir dening ion nganti sawetara. Akibaté, zat netral sing diprodhuksi dening dekomposisi nyebar menyang tembok tabung lan substrat. Ing proses drift lan difusi, partikel lan gugus kasebut (atom lan molekul netral sing aktif sacara kimia diarani klompok) bakal ngalami reaksi molekul ion lan reaksi molekul klompok amarga jalur bebas rata-rata cendhak. Sifat kimia saka zat aktif kimia (utamane klompok) sing tekan substrat lan adsorbed aktif banget, lan film kasebut dibentuk kanthi interaksi ing antarane.
2. Reaksi kimia ing plasma
Amarga eksitasi gas reaksi ing proses discharge cemlorot utamane tabrakan elektron, reaksi dhasar ing plasma beda-beda, lan interaksi antarane plasma lan permukaan padhet uga rumit banget, sing ndadekake luwih angel sinau mekanisme kasebut. saka proses PECVD. Nganti saiki, akeh sistem reaksi penting sing wis dioptimalake kanthi eksperimen kanggo entuk film kanthi sifat sing cocog. Kanggo deposisi film tipis adhedhasar silikon adhedhasar teknologi PECVD, yen mekanisme deposisi bisa dicethakaké kanthi jero, tingkat deposisi film tipis adhedhasar silikon bisa ditambah banget ing premis kanggo njamin sifat fisik bahan sing apik banget.
Saiki, ing riset film tipis adhedhasar silikon, silane sing diencerke hidrogen (SiH4) digunakake minangka gas reaksi amarga ana jumlah hidrogen tartamtu ing film tipis adhedhasar silikon. H nduweni peran penting banget ing film tipis adhedhasar silikon. Bisa isi ikatan dangling ing struktur materi, nemen nyuda tingkat energi cacat, lan gampang éling kontrol elektron valensi saka bahan Wiwit tumbak et al. Pisanan nyadari efek doping film tipis silikon lan nyiapake persimpangan PN pisanan ing, riset babagan persiapan lan aplikasi film tipis adhedhasar silikon adhedhasar teknologi PECVD wis dikembangake kanthi cepet. Mula, reaksi kimia ing film tipis adhedhasar silikon sing disimpen dening teknologi PECVD bakal diterangake lan dibahas ing ngisor iki.
Ing kondisi discharge cemlorot, amarga elektron ing plasma silane duwe luwih saka sawetara energi EV, H2 lan SiH4 bakal decompose nalika padha tabrakan dening elektron, kang belongs kanggo reaksi utami. Yen kita ora nimbang negara bungah penengah, kita bisa njaluk reaksi disosiasi saka sihm (M = 0,1,2,3) karo 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)
Miturut panas standar produksi molekul kahanan lemah, energi sing dibutuhake kanggo proses disosiasi ing ndhuwur (2.1) ~ (2.5) yaiku 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV lan 4.5 EV. Elektron energi dhuwur ing plasma uga bisa ngalami reaksi ionisasi ing ngisor iki
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)
Energi sing dibutuhake kanggo (2.6) ~ (2.9) yaiku 11.9, 12.3, 13.6 lan 15.3 EV. Amarga bedane energi reaksi, kemungkinan reaksi (2.1) ~ (2.9) ora rata. Kajaba iku, sihm sing dibentuk kanthi proses reaksi (2.1) ~ (2.5) bakal ngalami reaksi sekunder kanggo ionisasi, kayata:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Yen reaksi ing ndhuwur ditindakake kanthi proses siji elektron, energi sing dibutuhake kira-kira 12 eV utawa luwih. Ing tampilan saka kasunyatan sing nomer elektron dhuwur-energi ndhuwur 10ev ing plasma weakly ionized karo Kapadhetan elektron saka 1010cm-3 punika relatif cilik ing meksa atmosfer (10-100pa) kanggo preparation saka film adhedhasar silikon, The kumulatif. kemungkinan ionisasi umume luwih cilik tinimbang kemungkinan eksitasi. Mulane, proporsi senyawa terionisasi ing ndhuwur ing plasma silane cilik banget, lan klompok netral sihm dominan. Asil analisis spektrum massa uga mbuktekake kesimpulan iki [8]. Bourquard et al. Salajengipun dipunandharaken bilih konsentrasi sihm suda ing urutan sih3, sih2, Si lan SIH, nanging konsentrasi SiH3 paling kathah kaping telu tinimbang SIH. Robertson et al. Kacarita ing produk netral saka sihm, silane murni utamané digunakake kanggo discharge daya dhuwur, nalika sih3 utamané digunakake kanggo discharge kurang daya. Urutan konsentrasi saka dhuwur nganti kurang yaiku SiH3, SiH, Si, SiH2. Mulane, paramèter proses plasma banget mengaruhi komposisi produk netral sihm.
Saliyane reaksi disosiasi lan ionisasi ing ndhuwur, reaksi sekunder antarane molekul ion uga penting banget.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Mulane, ing babagan konsentrasi ion, sih3 + luwih saka sih2 +. Bisa nerangake kenapa luwih akeh ion sih3 + tinimbang ion sih2 + ing plasma SiH4.
Kajaba iku, bakal ana reaksi tabrakan atom molekul ing ngendi atom hidrogen ing plasma njupuk hidrogen ing SiH4.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Iki minangka reaksi eksotermik lan prekursor kanggo pambentukan si2h6. Mesthine, kelompok kasebut ora mung ana ing lemah, nanging uga seneng banget karo kahanan bungah ing plasma. Spektrum emisi plasma silane nuduhake yen ana kahanan eksitasi transisi optik sing bisa ditampa saka Si, SIH, h, lan status bungah vibrasi saka SiH2, SiH3.
Wektu kirim: Apr-07-2021