1. Pêvajoyên sereke yên hilgirtina buhara kîmyewî ya zêdekirî ya plazmayê
Depokirina buhara kîmyewî ya zêdekirî ya plazmayê (PECVD) teknolojiyek nû ye ji bo mezinbûna fîlimên zirav bi reaksiyona kîmyayî ya madeyên gazê bi alîkariya plazmaya dakêşana ronahiyê. Ji ber ku teknolojiya PECVD ji hêla avêtina gazê ve tê amadekirin, taybetmendiyên reaksiyonê yên plazmaya ne-hevseng bi bandor têne bikar anîn, û awayê dabînkirina enerjiyê ya pergala reaksiyonê bi bingehîn tê guhertin. Bi gelemperî, dema ku teknolojiya PECVD ji bo amadekirina fîlimên zirav tê bikar anîn, mezinbûna fîlimên zirav bi gelemperî sê pêvajoyên bingehîn ên jêrîn vedihewîne.
Ya yekem, di plazmaya ne-hevseng de, elektron di qonaxa seretayî de bi gaza reaksiyonê re tevdigerin da ku gaza reaksiyonê hilweşînin û tevliheviyek ji îyon û komên çalak pêk bînin;
Ya duyemîn, her cûre komên çalak belav dibin û vediguhezînin rû û dîwarê fîlimê, û reaksiyonên duyemîn di navbera reaktantan de di heman demê de çêdibin;
Di dawiyê de, her cûre hilberên reaksiyonê yên seretayî û navîn ên ku digihîjin rûbera mezinbûnê, têne vegirtin û bi rûxê re reaksiyonê dikin, digel ku ji nû ve serbestberdana molekulên gazê tê.
Bi taybetî, teknolojiya PECVD ku li ser bingeha rêbaza dakêşana ronahiyê ye, dikare gaza reaksiyonê ionize bike ku di bin heyecana qada elektromagnetîk a derveyî de plazmayê çêbike. Di plazmaya dakêşana şewqê de, enerjiya kinetîk a elektronên ku ji hêla qada elektrîkê ya derveyî ve tê bilez kirin bi gelemperî bi qasî 10ev e, an jî hêj bêtir e, ku ji bo hilweşandina bendên kîmyewî yên molekulên gaza reaktîf bes e. Ji ber vê yekê, bi lêdana neelastîk a elektronên bi enerjiya bilind û molekulên gazê yên reaktîf, dê molekulên gazê îyonîze bibin an jî perçe bibin û atomên bêalî û hilberên molekulî hilberînin. Îyonên pozîtîf bi qata îyonê ku qada elektrîkê lez dike lez dikin û bi elektroda jorîn re dikevin. Di heman demê de li nêzî elektroda jêrîn zeviyek elektrîkî ya piçika îonê jî heye, ji ber vê yekê substrat jî heya radeyekê ji hêla îyonan ve tê bombebaran kirin. Wekî encamek, maddeya bêalî ya ku ji hêla hilweşandinê ve hatî hilberandin li dîwarê boriyê û substratê belav dibe. Di pêvajoya drift û belavbûnê de, ev pirç û kom (ji atom û molekulên bêalî yên aktîf ên kîmyewî re kom têne gotin) dê ji ber riya navînî ya kurt a azad reaksiyona molekula ion û reaksiyona molekula komê derbas bibin. Taybetmendiyên kîmyewî yên maddeyên çalak ên kîmyewî (bi piranî kom) ku digihîjin substratê û têne avdan pir çalak in, û fîlim ji têkiliya di navbera wan de çêdibe.
2. Di plazmayê de reaksiyonên kîmyayî
Ji ber ku heyecana gaza reaksiyonê ya di pêvajoya dakêşana ronahiyê de bi piranî lihevketina elektron e, reaksiyonên bingehîn ên di plazmayê de cihêreng in, û têkiliya di navbera plazma û rûxara hişk de jî pir tevlihev e, ku lêkolîna mekanîzmayê dijwartir dike. pêvajoya PECVD. Heya nuha, gelek pergalên reaksiyonê yên girîng ji hêla ceribandinan ve hatine xweşbîn kirin da ku fîlimên bi taybetmendiyên îdeal bistînin. Ji bo daxistina fîlimên zirav-based silicon li ser bingeha teknolojiya PECVD, heke mekanîzmaya hilweşandinê bi kûr ve were eşkere kirin, rêjeya hilweşandina fîlimên zirav-based silicon dikare pir zêde bibe li ser pêşgotina dabînkirina taybetmendiyên laşî yên hêja yên materyalan.
Heya nuha, di lêkolîna fîlimên zirav ên li ser bingeha silicon de, silaneya hûrkirî ya hîdrojenê (SiH4) bi berfirehî wekî gaza reaksiyonê tê bikar anîn ji ber ku di fîlimên zirav ên bingehîn ên silicon de hindek hîdrojen heye. H di fîlimên zirav ên bingehîn ên silicon de rolek pir girîng dilîze. Ew dikare bendikên dakêşanê yên di avahiya materyalê de tije bike, asta enerjiyê ya kêmasiyê pir kêm bike, û bi hêsanî kontrolkirina elektroneya valence ya materyalan ji ber ku spear et al. Pêşî bandora dopîngê ya fîlimên zirav ên silîkonê fêm kir û yekem pêveka PN-ê amade kir, lêkolîna li ser amadekirin û sepana fîlimên zirav-based silicon-a ku li ser bingeha teknolojiya PECVD-ê ye, bi lez û bez ve hatî pêşve xistin. Ji ber vê yekê, reaksiyona kîmyewî ya di fîlimên zirav-based silicon de ku ji hêla teknolojiya PECVD ve hatî razandin dê di jêrîn de were ravekirin û nîqaş kirin.
Di bin şerta dakêşana şewqê de, ji ber ku elektronên di plazmaya silane de ji çend enerjiya EV-ê pirtir in, H2 û SiH4 dê dema ku ew ji hêla elektronan ve, ku ji reaksiyona seretayî ye, li hev bikevin, hilweşînin. Ger em rewşên heyecana navîn nehesibînin, em dikarin reaksiyonên veqetandina jêrîn ên sihm (M = 0,1,2,3) bi H re bistînin.
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)
Li gorî germahiya standard a hilberîna molekulên dewleta zemîn, enerjiyên ku ji bo pêvajoyên veqetandina jorîn (2.1) ~ (2.5) hewce ne bi rêzê 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV û 4.5 EV in. Elektronên enerjiya bilind ên di plazmayê de jî dikarin reaksiyonên ionîzasyonê yên jêrîn derbas bikin
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)
Enerjiya ku ji bo (2.6) ~ (2.9) hewce ye bi rêzê 11.9, 12.3, 13.6 û 15.3 EV e. Ji ber cudahiya enerjiya reaksiyonê, îhtîmala reaksiyonên (2.1) ~ (2.9) pir neyeksan e. Digel vê yekê, sihmê ku bi pêvajoya reaksiyonê (2.1) ~ (2.5) hatî çêkirin dê ji bo ionîzekirinê reaksiyonên duyemîn ên jêrîn derbas bike, wek mînak
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Ger reaksiyona jorîn bi riya pêvajoyek elektronek yekane pêk were, enerjiya pêwîst bi qasî 12 eV an jî zêdetir e. Ji ber vê rastiyê ku di plazmaya bi îyonîzekirî ya qels de bi dendika elektronê ya 1010cm-3 di bin zexta atmosferê de (10-100pa) ji bo amadekirina fîlimên bingeh-sîlîkonê de, hejmara elektronên bi enerjiya bilind ji jor 10ev re li jor 10ev e. îhtîmala iyonîzasyonê bi gelemperî ji îhtîmala heyecanê piçûktir e. Ji ber vê yekê, rêjeya pêkhateyên jorîn ên jorîn di plazmaya silan de pir hindik e, û koma bêalî ya sihm serdest e. Encamên analîza spektruma girseyî jî vê encamê îspat dikin [8]. Bourquard et al. Wekî din bal kişand ku giraniya sihm di rêza sih3, sih2, Si û SIH de kêm bû, lê giraniya SiH3 herî zêde sê caran ji SIH bû. Robertson et al. Hat ragihandin ku di hilberên bêalî yên sihmê de, silaneya paqij bi gelemperî ji bo dakêşana hêza bilind, dema ku sih3 bi giranî ji bo dakêşana kêm-hêza tê bikar anîn. Rêzkirina berhevdanê ji bilind berbi nizm SiH3, SiH, Si, SiH2 bû. Ji ber vê yekê, pîvanên pêvajoya plazmayê bi tundî bandorê li pêkhatina hilberên neutral ên sihm dike.
Ji bilî reaksiyonên veqetandin û îyonîzasyonê yên jorîn, reaksiyonên duyemîn ên di navbera molekulên îyonî de jî pir girîng in.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Ji ber vê yekê, di warê hûrbûna ion de, sih3 + ji sih2 + bêtir e. Ew dikare rave bike ka çima di plasma SiH4 de ji îyonên sih2 + bêtir sih3 + îyon hene.
Wekî din, dê reaksiyonek lihevketina atomê ya molekulî hebe ku tê de atomên hîdrojenê yên di plazmayê de hîdrojenê di SiH4 de digirin.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ew reaksiyonek exotermîk e û pêşengek ji bo pêkhatina si2h6 e. Bê guman, ev kom ne tenê di rewşa bingehîn de ne, di heman demê de di plazmayê de jî di rewşa heyecanê de ne. Spektrên belavbûna plazmaya silane destnîşan dike ku rewşên heyecana veguhêz ên optîkî yên ku Si, SIH, h, û rewşên heyecana vibrasyonê yên SiH2, SiH3 hene hene.
Dema şandinê: Avrêl-07-2021