1. Плазмадагы химиялык бууларды чөктүрүүнүн негизги процесстери
Плазманын күчөтүлгөн химиялык буу катмары (PECVD) – бул жаркыраган разряд плазмасынын жардамы менен газ түрүндөгү заттардын химиялык реакциясы аркылуу жука пленкаларды өстүрүүнүн жаңы технологиясы. PECVD технологиясы газ разряды менен даярдалгандыктан, тең салмактуу эмес плазманын реакциялык мүнөздөмөлөрү эффективдүү колдонулат жана реакция системасынын энергия менен камсыздоо режими түп-тамырынан бери өзгөрөт. Жалпысынан алганда, PECVD технологиясы жука пленкаларды даярдоо үчүн колдонулганда, жука пленкалардын өсүшү негизинен төмөнкү үч негизги процессти камтыйт
Биринчиден, тең салмактуу эмес плазмада электрондор реакция газы менен биринчи баскычтагы реакцияга кирип, реакция газын ыдыратып, иондор менен активдүү топтордун аралашмасын түзөт;
Экинчиден, бардык түрдөгү активдүү топтор диффузияланып, пленканын бетине жана дубалына жеткирилет, ал эми реагенттердин ортосундагы экинчилик реакциялар бир эле учурда болот;
Акырында, өсүү бетине жеткен бардык түрдөгү баштапкы жана экинчилик реакция продуктылары адсорбцияланат жана газ молекулаларынын кайра бөлүнүп чыгышы менен коштолгон бет менен реакцияга кирет.
Тактап айтканда, жаркыраган разряд ыкмасына негизделген PECVD технологиясы тышкы электромагниттик талаанын козголушу астында реакциянын газын иондоштуруп, плазманы түзө алат. Жаркыраган разряддык плазмада тышкы электр талаасы тарабынан тездетилген электрондордун кинетикалык энергиясы адатта болжол менен 10ев же андан да жогору, бул реактивдүү газ молекулаларынын химиялык байланыштарын бузуу үчүн жетиштүү. Демек, жогорку энергиялуу электрондордун жана реактивдүү газ молекулаларынын ийкемсиз кагылышуусу аркылуу газ молекулалары нейтралдуу атомдорду жана молекулярдык продуктуларды өндүрүү үчүн иондоштурулуп же чирилет. Оң иондор иондук катмардын ылдамдаткыч электр талаасы тарабынан ылдамдалат жана жогорку электрод менен кагылышат. Төмөнкү электроддун жанында кичинекей иондук катмардын электр талаасы да бар, ошондуктан субстрат да кандайдыр бир деңгээлде иондор менен бомбаланат. Натыйжада, ыдыраганда пайда болгон нейтралдуу зат түтүк дубалына жана субстратка тарайт. Дрейф жана диффузия процессинде бул бөлүкчөлөр жана топтор (химиялык жактан активдүү нейтралдуу атомдор жана молекулалар топтор деп аталат) кыска орточо эркин жолдун эсебинен иондук молекулалык реакцияга жана топтук молекулалык реакцияга дуушар болушат. Химиялык активдүү заттардын (негизинен топтордун) субстратка жетип, адсорбцияланган химиялык касиеттери өтө активдүү жана алардын ортосундагы өз ара аракеттенүүдө пленка пайда болот.
2. Плазмадагы химиялык реакциялар
Жарык разряд процессинде реакция газынын козголушу негизинен электрондордун кагылышуусу болгондуктан, плазмадагы элементардык реакциялар ар түрдүү жана плазма менен катуу беттин өз ара аракети да өтө татаал, бул механизмди изилдөөнү кыйындатат. PECVD процессинин. Буга чейин көптөгөн маанилүү реакция системалары идеалдуу касиеттери бар пленкаларды алуу үчүн эксперименттер аркылуу оптималдаштырылды. PECVD технологиясынын негизинде кремний негизиндеги жука пленкаларды түшүрүү үчүн, эгерде жайгаштыруу механизми терең ачылса, кремний негизиндеги жука пленкалардын жайгаштыруу ылдамдыгын материалдардын эң сонун физикалык касиеттерин камсыз кылуунун негизинде бир топ жогорулатууга болот.
Азыркы учурда кремний негизиндеги жука пленкаларды изилдөөдө реакция газы катары суутек суюлтулган силан (SiH4) кеңири колдонулат, анткени кремний негизиндеги жука пленкаларда суутектин белгилүү бир өлчөмү бар. H кремний негизиндеги жука тасмаларда абдан маанилүү ролду ойнойт. Ал материалдык түзүлүштөгү салбыраган байланыштарды толтура алат, кемтиктин энергетикалык деңгээлин бир топ төмөндөтөт жана материалдардын валенттүү электрондук башкаруусун оңой түшүнө алат, анткени найза ж.б. Кремний жука пленкаларынын допинг-эффекттерин адегенде түшүнүп, биринчи PN түйүндөрүн даярдады, PECVD технологиясына негизделген кремний негизиндеги жука пленкаларды даярдоо жана колдонуу боюнча изилдөөлөр тездик менен иштелип чыкты. Ошондуктан, PECVD технологиясы менен сакталган кремний негизиндеги жука пленкалардагы химиялык реакция төмөндө сүрөттөлөт жана талкууланат.
Жаркыраган разряд шартында, силан плазмасындагы электрондор бир нече EV энергияга ээ болгондуктан, H2 жана SiH4 биринчилик реакцияга кирген электрондор менен кагылышканда ажырайт. Эгерде ортодогу дүүлүктүрүлгөн абалдарды карабасак, анда сихмдин (М = 0,1,2,3) Н менен төмөнкү диссоциациялануу реакцияларын алсак болот.
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)
Негизги абалдагы молекулаларды өндүрүүнүн стандарттык жылуулугуна ылайык, жогорудагы диссоциация процесстери үчүн зарыл болгон энергиялар (2.1) ~ (2.5) тиешелүүлүгүнө жараша 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV жана 4.5 EV. Плазмадагы жогорку энергиялуу электрондор да төмөнкү иондошуу реакцияларына дуушар болушу мүмкүн
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) үчүн талап кылынган энергия тиешелүүлүгүнө жараша 11,9, 12,3, 13,6 жана 15,3 EV. Реакция энергиясынын айырмачылыгынан улам (2.1) ~ (2.9) реакцияларынын ыктымалдыгы өтө бирдей эмес. Мындан тышкары, (2.1) ~ (2.5) реакция процессинде пайда болгон сихм иондошуу үчүн төмөнкүдөй экинчилик реакцияларга өтөт, мисалы
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Эгерде жогорудагы реакция бир эле электрон процесси аркылуу жүргүзүлсө, анда талап кылынган энергия болжол менен 12 эВ же андан көп болот. Электрондук тыгыздыгы 1010см-3 болгон начар иондоштурулган плазмада 10евден жогору энергиялуу электрондордун саны кремний негизиндеги пленкаларды даярдоо үчүн атмосфералык басымда (10-100pa) салыштырмалуу аз экендигин эске алып, кумулятивдик иондошуу ыктымалдыгы дүүлүктүрүү ыктымалдыгынан көбүнчө кичине. Демек, силан плазмасында жогорудагы иондоштурулган бирикмелердин үлүшү өтө аз жана сихмдин нейтралдуу тобу үстөмдүк кылат. Массалык спектр анализинин натыйжалары да бул корутундуну далилдейт [8]. Bourquard жана башкалар. Андан ары sihm концентрациясы sih3, sih2, Si жана SIH тартибинде азайгандыгын белгиледи, бирок SiH3 концентрациясы SIHге караганда үч эсе көп болгон. Робертсон жана башкалар. Сихмдин нейтралдуу өнүмдөрүндө таза силан негизинен жогорку кубаттуулуктагы разряд үчүн колдонулганы, ал эми sih3 негизинен аз кубаттуулуктагы разряд үчүн колдонулгандыгы билдирилди. Чоңдон төмөнгө чейин концентрация тартиби SiH3, SiH, Si, SiH2 болгон. Демек, плазма процессинин параметрлери sihm нейтралдуу продуктулардын курамына катуу таасир этет.
Жогорудагы диссоциациялануу жана иондошуу реакцияларынан тышкары иондук молекулалар арасындагы экинчилик реакциялар да абдан маанилүү.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Демек, ион концентрациясы боюнча, sih3 + sih2 + караганда көбүрөөк. Бул эмне үчүн SiH4 плазмасында sih2 + иондоруна караганда sih3 + иондору көп экенин түшүндүрө алат.
Мындан тышкары, плазмадагы суутек атомдору SiH4теги суутекти кармап турган молекулалык атомдун кагылышуу реакциясы болот.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Бул экзотермикалык реакция жана si2h6 пайда болушу үчүн прекурсор. Албетте, бул топтор жердин абалында гана эмес, плазмадагы толкунданган абалга да толкунданышат. Силан плазмасынын эмиссия спектрлери Si, SIH, h оптикалык жол берилген өткөөл дүүлүктүрүлгөн абалдарды жана SiH2, SiH3 термелүү толкунданган абалдарын көрсөтөт.
Посттун убактысы: 07-07-2021