1. Haaptprozesser vu Plasma verstäerkte chemesche Dampdepositioun
Plasma verstäerkt chemesch Dampdepositioun (PECVD) ass eng nei Technologie fir de Wuesstum vun dënnem Filmer duerch chemesch Reaktioun vu gasforme Substanzen mat der Hëllef vu Glühflussplasma. Well PECVD Technologie duerch Gasentladung virbereet gëtt, ginn d'Reaktiounseigenschaften vum Net-Gläichgewiicht Plasma effektiv benotzt, an den Energieversuergungsmodus vum Reaktiounssystem gëtt grondsätzlech geännert. Am allgemengen, wann PECVD Technologie benotzt gëtt fir dënn Filmer ze preparéieren, enthält de Wuesstum vun dënnem Film haaptsächlech déi folgend dräi Basisprozesser
Als éischt, am Net-Gläichgewiicht Plasma, reagéieren Elektronen mam Reaktiounsgas an der Primärstadium fir de Reaktiounsgas ze zersetzen an eng Mëschung aus Ionen an aktive Gruppen ze bilden;
Zweetens, all Zorte vun aktiv Gruppen diffusen an Transport op d'Uewerfläch an d'Mauer vum Film, an der zweeter Reaktioune tëscht de reactants geschéien an der selwechter Zäit;
Schlussendlech ginn all Zorte vu primären a sekundäre Reaktiounsprodukter, déi d'Wuessfläch erreechen, adsorbéiert a reagéiere mat der Uewerfläch, begleet vun der neier Verëffentlechung vu Gasmoleküle.
Speziell, PECVD Technologie baséiert op Glühfrëndungsmethod kann de Reaktiounsgas ioniséieren fir Plasma ze bilden ënner der Excitatioun vum externen elektromagnetesche Feld. Am Glanzentladungsplasma ass d'kinetesch Energie vun Elektronen, déi duerch extern elektrescht Feld beschleunegt ginn, normalerweis ongeféier 10ev, oder souguer méi héich, wat genuch ass fir d'chemesch Verbindunge vu reaktive Gasmolekülen ze zerstéieren. Dofir, duerch d'inelastesch Kollisioun vun héich-Energie-Elektronen a reaktive Gasmoleküle, ginn d'Gasmoleküle ioniséiert oder ofgebaut fir neutral Atomer a molekulare Produkter ze produzéieren. Déi positiv Ione ginn duerch d'Ioneschicht beschleunegt elektrescht Feld beschleunegt a kollidéiert mat der ieweschter Elektrode. Et gëtt och e klengt Ioneschicht elektrescht Feld no bei der ënneschter Elektrode, sou datt de Substrat och zu engem gewësse Mooss vun Ionen bombardéiert gëtt. Als Resultat diffuséiert d'neutral Substanz, déi duerch Zersetzung produzéiert gëtt, op d'Röhremauer an de Substrat. Am Prozess vun der Drift an der Diffusioun ginn dës Partikelen a Gruppen (déi chemesch aktiv neutral Atomer a Moleküle Gruppen genannt) Ionmolekülreaktioun a Gruppemolekülreaktioun duerch de kuerzen duerchschnëttleche fräie Wee. Déi chemesch Eegeschafte vun de chemeschen aktive Substanzen (haaptsächlech Gruppen), déi de Substrat erreechen an adsorbéiert sinn, si ganz aktiv, an de Film gëtt duerch d'Interaktioun tëscht hinnen geformt.
2. Chemesch Reaktiounen am Plasma
Well d'Excitatioun vum Reaktiounsgas am Glühungsentladungsprozess haaptsächlech Elektronenkollisioun ass, sinn déi elementar Reaktiounen am Plasma verschidden, an d'Interaktioun tëscht Plasma an der fester Uewerfläch ass och ganz komplex, wat et méi schwéier mécht de Mechanismus ze studéieren. vum PECVD Prozess. Bis elo si vill wichteg Reaktiounssystemer duerch Experimenter optimiséiert ginn fir Filmer mat idealen Eegeschaften ze kréien. Fir d'Oflagerung vu Silizium-baséiert dënnem Filmer baséiert op PECVD Technologie, wann den Oflagerungsmechanismus déif opgedeckt ka ginn, kann d'Oflagerungsquote vu Silizium-baséiert dënnem Filmer staark erhéicht ginn op der Viraussetzung fir déi exzellent kierperlech Eegeschafte vu Materialien ze garantéieren.
Am Moment, an der Fuerschung vu Silizium-baséiert dënn Filmer, Waasserstoff verdënntem Silan (SiH4) gëtt wäit als Reaktiounsgas benotzt well et eng gewësse Quantitéit Waasserstoff an de Silizium-baséiert dënn Filmer ass. H spillt eng ganz wichteg Roll an de Silicon-baséiert dënn Filmer. Et kann d'Dangling Obligatiounen an der Material Struktur fëllen, immens de Mängel Energie Niveau reduzéieren, an einfach d'Valence Elektronen Kontroll vun de Material realiséiert Zënter Spear et al. Éischt realiséiert d'Doping Effekt vun Silicon dënn Filmer an preparéiert déi éischt PN Kräizung an, der Fuerschung iwwert d'Virbereedung an Applikatioun vun Silicon-baséiert dënn Filmer baséiert op PECVD Technologie gouf duerch Sprangen a Grenzen entwéckelt. Dofir gëtt d'chemesch Reaktioun a Silizium-baséiert dënnem Filmer, déi duerch PECVD Technologie deposéiert sinn, beschriwwen an diskutéiert am folgenden.
Ënnert dem Glühungsentladungsbedingung, well d'Elektronen am Silanplasma méi wéi e puer EV Energie hunn, wäerten H2 a SiH4 sech zersetzen wann se vun Elektronen kollidéiert ginn, wat zu der primärer Reaktioun gehéiert. Wa mir déi intermediär opgereegt Staaten net berücksichtegen, kënne mir déi folgend Dissoziatiounsreaktiounen vu sihm (M = 0,1,2,3) mat H kréien
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)
No der Standard Hëtzt vun Produktioun vun Buedem Staat Molekülle, sinn d'Energieë fir déi uewe genannten Dissoziatioun Prozesser (2.1) ~ (2.5) néideg 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV an 4.5 EV respektiv. Héichenergieelektronen am Plasma kënnen och déi folgend Ioniséierungsreaktiounen erliewen
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)
D'Energie erfuerderlech fir (2.6) ~ (2.9) ass 11.9, 12.3, 13.6 an 15.3 EV respektiv. Wéinst dem Ënnerscheed vun der Reaktiounsenergie ass d'Wahrscheinlechkeet vun (2.1) ~ (2.9) Reaktiounen ganz ongläich. Zousätzlech wäert de Sihm, deen mam Reaktiounsprozess (2.1) ~ (2.5) geformt gëtt, déi folgend sekundär Reaktiounen erliewen fir ze ioniséieren, wéi z.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Wann déi uewe genannte Reaktioun mat engem eenzegen Elektronenprozess duerchgefouert gëtt, ass d'Energie erfuerderlech ongeféier 12 eV oder méi. Am Hibléck vun der Tatsaach, datt d'Zuel vun héich-Energie Elektronen iwwer 10ev am schwaach ioniséiert Plasma mat Elektronen Dicht vun 1010cm-3 relativ kleng ass ënner dem Atmosphären Drock (10-100pa) fir d'Virbereedung vun Silicon-baséiert Filmer, De kumulative Ioniséierungswahrscheinlechkeet ass allgemeng méi kleng wéi d'Excitatiounswahrscheinlechkeet. Dofir ass den Undeel vun den uewe genannten ioniséierte Verbindungen am Silanplasma ganz kleng, an déi neutral Grupp vu Sihm ass dominant. D'Resultater vun der Mass Spektrum Analyse beweisen och dës Conclusioun [8]. Bourquard et al. Weider drop higewisen datt d'Konzentratioun vu Sihm an der Uerdnung vu sih3, sih2, Si a SIH erofgaang ass, awer d'Konzentratioun vu SiH3 war maximal dräimol déi vum SIH. Robertson et al. Rapportéiert datt an den neutralen Produkter vu sihm pure Silan haaptsächlech fir High-Power Entladung benotzt gouf, während sih3 haaptsächlech fir Low-Power Entladung benotzt gouf. D'Uerdnung vun der Konzentratioun vun héich op niddereg war SiH3, SiH, Si, SiH2. Dofir beaflossen d'Plasmaprozessparameter staark d'Zesummesetzung vu sihm neutrale Produkter.
Zousätzlech zu den uewe genannten Dissoziatiouns- an Ioniséierungsreaktiounen sinn déi sekundär Reaktiounen tëscht ionesche Molekülle och ganz wichteg
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Dofir, wat d'Ionkonzentratioun ugeet, sih3 + ass méi wéi sih2 +. Et kann erkläre firwat et méi sih3 + Ionen wéi sih2 + Ionen am SiH4 Plasma sinn.
Zousätzlech gëtt et eng molekulare Atomkollisiounsreaktioun, an där d'Waasserstoffatome am Plasma de Waasserstoff am SiH4 erfaassen
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Et ass eng exothermesch Reaktioun an e Virgänger fir d'Bildung vu si2h6. Natierlech sinn dës Gruppen net nëmmen am Grondzoustand, awer och op den opgereegten Zoustand am Plasma opgereegt. D'Emissiounsspektre vum Silanplasma weisen datt et optesch zulässlech Iwwergangsbegeeschterte Staate vu Si, SIH, h a Schwéngungsexitéierte Staate vu SiH2, SiH3 sinn
Post Zäit: Apr-07-2021