1. ຂະບວນການຕົ້ນຕໍຂອງ plasma ປັບປຸງການປ່ອຍອາຍພິດເຄມີ
plasma ປັບປຸງ vapor deposition ສານເຄມີ (PECVD) ເປັນເຕັກໂນໂລຊີໃຫມ່ສໍາລັບການຈະເລີນເຕີບໂຕຂອງຮູບເງົາບາງໆໂດຍປະຕິກິລິຍາເຄມີຂອງສານ gaseous ການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງ plasma ການປ່ອຍອາຍພິດ glow. ເນື່ອງຈາກວ່າເທກໂນໂລຍີ PECVD ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍການລະບາຍອາຍແກັສ, ຄຸນລັກສະນະຂອງປະຕິກິລິຍາຂອງ plasma ທີ່ບໍ່ສົມດຸນແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ແລະຮູບແບບການສະຫນອງພະລັງງານຂອງລະບົບຕິກິຣິຍາໄດ້ຖືກປ່ຽນແປງໂດຍພື້ນຖານ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ເມື່ອເທກໂນໂລຍີ PECVD ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກະກຽມຮູບເງົາບາງໆ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຮູບເງົາບາງໆສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີສາມຂະບວນການພື້ນຖານຕໍ່ໄປນີ້.
ທໍາອິດ, ໃນ plasma ທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, ເອເລັກໂຕຣນິກປະຕິກິລິຍາກັບອາຍແກັສຕິກິຣິຍາໃນຂັ້ນຕອນຕົ້ນຕໍເພື່ອ decompose ອາຍແກັສຕິກິຣິຍາແລະປະກອບເປັນປະສົມຂອງ ions ແລະກຸ່ມທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ;
ອັນທີສອງ, ທຸກປະເພດຂອງກຸ່ມທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວກະຈາຍແລະການຂົນສົ່ງໄປສູ່ຫນ້າດິນແລະຝາຂອງຮູບເງົາ, ແລະປະຕິກິລິຍາຂັ້ນສອງລະຫວ່າງ reactants ເກີດຂື້ນໃນເວລາດຽວກັນ;
ສຸດທ້າຍ, ທຸກປະເພດຂອງຜະລິດຕະພັນຕິກິຣິຍາຂັ້ນຕົ້ນແລະຮອງທີ່ເຖິງພື້ນຜິວການຂະຫຍາຍຕົວແມ່ນຖືກດູດຊຶມແລະປະຕິກິລິຍາກັບຫນ້າດິນ, ພ້ອມກັບການປ່ອຍໂມເລກຸນທາດອາຍແກັສຄືນໃຫມ່.
ໂດຍສະເພາະ, ເທກໂນໂລຍີ PECVD ໂດຍອີງໃສ່ວິທີການປ່ອຍອາຍແກັສສາມາດເຮັດໃຫ້ອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາ ionize ເພື່ອສ້າງ plasma ພາຍໃຕ້ຄວາມຕື່ນເຕັ້ນຂອງພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າພາຍນອກ. ໃນ plasma ການປ່ອຍອາຍພິດ, ພະລັງງານ kinetic ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ເລັ່ງໂດຍພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍນອກແມ່ນປົກກະຕິແລ້ວປະມານ 10ev, ຫຼືສູງກວ່າ, ເຊິ່ງພຽງພໍທີ່ຈະທໍາລາຍພັນທະບັດເຄມີຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສ reactive. ດັ່ງນັ້ນ, ໂດຍຜ່ານການ collision inelastic ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານສູງແລະໂມເລກຸນອາຍແກັສ reactive, ໂມເລກຸນອາຍແກັສຈະໄດ້ຮັບການ ionized ຫຼື decomposed ເພື່ອຜະລິດປະລໍາມະນູທີ່ເປັນກາງແລະຜະລິດຕະພັນໂມເລກຸນ. ion ບວກແມ່ນເລັ່ງໂດຍຊັ້ນ ion ເລັ່ງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແລະ collide ກັບ electrode ເທິງ. ນອກຈາກນີ້ຍັງມີຊັ້ນໄຟຟ້າ ion ຂະຫນາດນ້ອຍຢູ່ໃກ້ກັບ electrode ຕ່ໍາ, ດັ່ງນັ້ນ substrate ຍັງຖືກລະເບີດໂດຍ ions ໃນຂອບເຂດຈໍານວນຫນຶ່ງ. ດັ່ງນັ້ນ, ສານທີ່ເປັນກາງທີ່ຜະລິດໂດຍການເນົ່າເປື່ອຍກະຈາຍໄປສູ່ຝາທໍ່ແລະຊັ້ນຍ່ອຍ. ໃນຂະບວນການຂອງພຽງການລອຍລົມແລະການແຜ່ກະຈາຍ, ອະນຸພາກເຫຼົ່ານີ້ແລະກຸ່ມ (ປະລໍາມະນູທີ່ເປັນກາງທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທາງເຄມີແລະໂມເລກຸນເອີ້ນວ່າກຸ່ມ) ຈະ undergo ປະຕິກິລິຍາໂມເລກຸນ ion ແລະປະຕິກິລິຍາໂມເລກຸນກຸ່ມເນື່ອງຈາກເສັ້ນທາງເສລີ່ຍສັ້ນ. ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງສານທີ່ຫ້າວຫັນທາງເຄມີ (ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນກຸ່ມ) ທີ່ເຂົ້າເຖິງຊັ້ນໃຕ້ດິນແລະຖືກດູດຊຶມແມ່ນມີຄວາມຫ້າວຫັນຫຼາຍ, ແລະຮູບເງົາໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍການໂຕ້ຕອບລະຫວ່າງພວກມັນ.
2. ປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີໃນ plasma
ເນື່ອງຈາກວ່າຄວາມຕື່ນເຕັ້ນຂອງອາຍແກັສຕິກິຣິຍາໃນຂະບວນການປ່ອຍອາຍແກັສແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນການ collision ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ, ປະຕິກິລິຍາປະຖົມໃນ plasma ແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ແລະປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງ plasma ກັບພື້ນຜິວແຂງແມ່ນສະລັບສັບຊ້ອນຫຼາຍ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຫຼາຍໃນການສຶກສາກົນໄກການ. ຂອງຂະບວນການ PECVD. ມາຮອດປະຈຸ, ລະບົບປະຕິກິລິຍາທີ່ສໍາຄັນຈໍານວນຫຼາຍໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດໂດຍການທົດລອງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮູບເງົາທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ເຫມາະສົມ. ສໍາລັບການຝາກຂອງຮູບເງົາບາງໆທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນໂດຍອີງໃສ່ເທກໂນໂລຍີ PECVD, ຖ້າກົນໄກການຝັງຕົວສາມາດເປີດເຜີຍຢ່າງເລິກເຊິ່ງ, ອັດຕາເງິນຝາກຂອງຮູບເງົາບາງໆທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບທີ່ດີເລີດຂອງວັດສະດຸ.
ໃນປັດຈຸບັນ, ໃນການຄົ້ນຄວ້າຂອງແຜ່ນບາງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ, hydrogen diluted silane (SiH4) ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນອາຍແກັສຕິກິຣິຍາເນື່ອງຈາກວ່າມີຈໍານວນທີ່ແນ່ນອນຂອງ hydrogen ໃນຮູບເງົາບາງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິຄອນ. H ມີບົດບາດສໍາຄັນຫຼາຍໃນຮູບເງົາບາງໆທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ. ມັນສາມາດຕື່ມຂໍ້ມູນໃສ່ dangling ພັນທະບັດໃນໂຄງປະກອບການອຸປະກອນການ, ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຫຼຸດຜ່ອນລະດັບພະລັງງານຂໍ້ບົກພ່ອງ, ແລະໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍໄດ້ຮັບຮູ້ valence ເອເລັກໂຕຣນິກການຄວບຄຸມຂອງອຸປະກອນການນັບຕັ້ງແຕ່ spear et al. ທໍາອິດໄດ້ຮັບຮູ້ຜົນກະທົບ doping ຂອງຮູບເງົາບາງຊິລິຄອນແລະການກະກຽມ PN junction ທໍາອິດໃນ, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບການກະກຽມແລະການນໍາໃຊ້ຂອງແຜ່ນບາງ silicon ອີງໃສ່ເຕັກໂນໂລຊີ PECVD ໄດ້ຖືກພັດທະນາໂດຍ leaps ແລະ bounds. ດັ່ງນັ້ນ, ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນຮູບເງົາບາງໆທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນທີ່ຝາກໄວ້ໂດຍເທກໂນໂລຍີ PECVD ຈະຖືກອະທິບາຍແລະສົນທະນາຕໍ່ໄປນີ້.
ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການໄຫຼຂອງແສງສະຫວ່າງ, ເນື່ອງຈາກວ່າເອເລັກໂຕຣນິກໃນ plasma silane ມີຫຼາຍກ່ວາພະລັງງານ EV ຫຼາຍ, H2 ແລະ SiH4 ຈະ decompose ໃນເວລາທີ່ເຂົາເຈົ້າໄດ້ຖືກ collided ໂດຍເອເລັກໂຕຣນິກ, ຊຶ່ງເປັນຂອງຕິກິຣິຍາຕົ້ນຕໍ. ຖ້າພວກເຮົາບໍ່ພິຈາລະນາລັດຕື່ນເຕັ້ນປານກາງ, ພວກເຮົາສາມາດໄດ້ຮັບປະຕິກິລິຍາ dissociation ຕໍ່ໄປນີ້ຂອງ sihm (M = 0,1,2,3) ກັບ 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)
ອີງຕາມມາດຕະຖານຄວາມຮ້ອນຂອງການຜະລິດໂມເລກຸນຂອງລັດພື້ນດິນ, ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບຂະບວນການ dissociation ຂ້າງເທິງ (2.1) ~ (2.5) ແມ່ນ 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ແລະ 4.5 EV ຕາມລໍາດັບ. ເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານສູງໃນ plasma ຍັງສາມາດດໍາເນີນການປະຕິກິລິຍາ ionization ຕໍ່ໄປນີ້
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)
ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບ (2.6) ~ (2.9) ແມ່ນ 11.9, 12.3, 13.6 ແລະ 15.3 EV ຕາມລໍາດັບ. ເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງພະລັງງານຕິກິຣິຍາ, ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງປະຕິກິລິຍາ (2.1) ~ (2.9) ແມ່ນບໍ່ສະເຫມີພາບຫຼາຍ. ນອກຈາກນັ້ນ, sihm ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນກັບຂະບວນການຕິກິຣິຍາ (2.1) ~ (2.5) ຈະ undergo ປະຕິກິລິຍາຂັ້ນສອງດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ເພື່ອ ionize, ເຊັ່ນ:
SiH+e →SiH++2e (2.10)
SiH2+e →SiH2++2e (2.11)
SiH3+e →SiH3++2e (2.12)
ຖ້າປະຕິກິລິຍາຂ້າງເທິງແມ່ນປະຕິບັດໂດຍຂະບວນການເອເລັກໂຕຣນິກດຽວ, ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການແມ່ນປະມານ 12 eV ຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ. ໃນທັດສະນະຂອງຄວາມຈິງທີ່ວ່າຈໍານວນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານສູງຂ້າງເທິງ 10ev ໃນ plasma ionized ອ່ອນແອທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຂອງ 1010cm-3 ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງຫນ້ອຍພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນຂອງບັນຍາກາດ (10-100pa) ສໍາລັບການກະກຽມຂອງຮູບເງົາຊິລິໂຄນ, ການສະສົມ. ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງ ionization ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນນ້ອຍກວ່າຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກະຕຸ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ອັດຕາສ່ວນຂອງທາດປະສົມ ionized ຂ້າງເທິງໃນ silane plasma ແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍຫຼາຍ, ແລະກຸ່ມທີ່ເປັນກາງຂອງ sihm ແມ່ນເດັ່ນ. ຜົນໄດ້ຮັບການວິເຄາະ spectrum ມະຫາຊົນຍັງພິສູດການສະຫລຸບນີ້ [8]. Bourquard et al. ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຕື່ມອີກວ່າຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ sihm ຫຼຸດລົງໃນລໍາດັບຂອງ sih3, sih2, Si ແລະ SIH, ແຕ່ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ SiH3 ແມ່ນຢູ່ທີ່ສາມເທົ່າຂອງ SIH. Robertson et al. ລາຍງານວ່າໃນຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນກາງຂອງ sihm, silane ບໍລິສຸດແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສໍາລັບການໄຫຼອອກພະລັງງານສູງ, ໃນຂະນະທີ່ sih3 ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສໍາລັບການໄຫຼໄຟຟ້າຕ່ໍາ. ຄໍາສັ່ງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຈາກສູງໄປຫາຕ່ໍາແມ່ນ SiH3, SiH, Si, SiH2. ດັ່ງນັ້ນ, ຕົວກໍານົດການຂະບວນການ plasma ມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ອົງປະກອບຂອງ sihm ຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນກາງ.
ນອກເຫນືອໄປຈາກປະຕິກິລິຍາ dissociation ແລະ ionization ຂ້າງເທິງ, ປະຕິກິລິຍາຂັ້ນສອງລະຫວ່າງໂມເລກຸນ ionic ຍັງມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍ.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
ດັ່ງນັ້ນ, ໃນແງ່ຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ ion, sih3 + ແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ sih2 +. ມັນສາມາດອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງມີ sih3 + ions ຫຼາຍກ່ວາ sih2 + ions ໃນ SiH4 plasma.
ນອກຈາກນັ້ນ, ຈະມີປະຕິກິລິຍາ collision ຂອງອະຕອມໂມເລກຸນທີ່ປະລໍາມະນູຂອງ hydrogen ໃນ plasma ຈັບ hydrogen ໃນ SiH4.
H+ SiH4 → SiH3+ H2 (2.14)
ມັນເປັນປະຕິກິລິຍາ exothermic ແລະຄາຣະວາສໍາລັບການສ້າງຕັ້ງຂອງ si2h6. ແນ່ນອນ, ກຸ່ມເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ຢູ່ໃນລັດພື້ນດິນ, ແຕ່ຍັງມີຄວາມຕື່ນເຕັ້ນກັບລັດທີ່ຕື່ນເຕັ້ນໃນ plasma. ລະດັບການປ່ອຍອາຍພິດຂອງ silane plasma ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີລັດທີ່ຕື່ນເຕັ້ນໃນການປ່ຽນແປງທີ່ຍອມຮັບໄດ້ໂດຍ optically ຂອງ Si, SIH, h, ແລະລັດຕື່ນເຕັ້ນ vibrational ຂອງ SiH2, SiH3.
ເວລາປະກາດ: 07-07-2021