1. Главни процеси на хемиско таложење на пареа засилено со плазма
Плазма засилено хемиско таложење на пареа (PECVD) е нова технологија за раст на тенки филмови со хемиска реакција на гасовити материи со помош на плазма со празнење на сјајот. Бидејќи технологијата PECVD се подготвува со испуштање гас, реакционите карактеристики на плазмата што не е во рамнотежа се ефикасно искористени, а начинот на снабдување со енергија на системот за реакција е фундаментално променет. Општо земено, кога технологијата PECVD се користи за подготовка на тенки филмови, растот на тенките филмови главно ги вклучува следните три основни процеси
Прво, во плазмата што не е во рамнотежа, електроните реагираат со реакциониот гас во примарната фаза за да го разградат реакциониот гас и да формираат мешавина од јони и активни групи;
Второ, сите видови активни групи се дифузираат и транспортираат до површината и ѕидот на филмот, а секундарните реакции помеѓу реактантите се случуваат во исто време;
Конечно, сите видови на примарни и секундарни реакциони производи кои стигнуваат до површината на растот се адсорбираат и реагираат со површината, придружени со повторно ослободување на гасовити молекули.
Поточно, технологијата PECVD заснована на методот на празнење на сјај може да направи реакциониот гас да јонизира за да формира плазма под побудување на надворешното електромагнетно поле. Во плазмата со празнење со сјај, кинетичката енергија на електроните забрзана од надворешното електрично поле е обично околу 10 ев, или дури и повисока, што е доволно за уништување на хемиските врски на молекулите на реактивниот гас. Затоа, преку нееластичен судир на високоенергетски електрони и реактивни гасни молекули, молекулите на гасот ќе бидат јонизирани или разградени за да создадат неутрални атоми и молекуларни производи. Позитивните јони се забрзуваат од јонскиот слој што го забрзува електричното поле и се судираат со горната електрода. Во близина на долната електрода има и мало електрично поле од јонски слој, така што подлогата е исто така бомбардирана од јони до одреден степен. Како резултат на тоа, неутралната супстанција произведена со распаѓање дифундира до ѕидот на цевката и подлогата. Во процесот на дрифт и дифузија, овие честички и групи (хемиски активните неутрални атоми и молекули се нарекуваат групи) ќе претрпат реакција на јонска молекула и реакција на групна молекула поради краткиот просечен слободен пат. Хемиските својства на хемиските активни супстанции (главно групи) кои стигнуваат до подлогата и се адсорбираат се многу активни, а филмот се формира од интеракцијата меѓу нив.
2. Хемиски реакции во плазмата
Бидејќи побудувањето на реакциониот гас во процесот на празнење на сјајот е главно судир на електрони, елементарните реакции во плазмата се различни, а интеракцијата помеѓу плазмата и цврстата површина е исто така многу сложена, што го отежнува проучувањето на механизмот. на PECVD процес. Досега, многу важни системи за реакција се оптимизирани со експерименти за да се добијат филмови со идеални својства. За таложење на тенки фолии базирани на силикон врз основа на технологијата PECVD, ако механизмот на таложење може длабоко да се открие, стапката на таложење на тенките филмови базирани на силикон може значително да се зголеми со премисата да се обезбедат одлични физички својства на материјалите.
Во моментов, во истражувањето на тенки филмови базирани на силикон, водород разредениот силин (SiH4) е широко користен како реакционен гас бидејќи има одредена количина на водород во тенките филмови на база на силикон. H игра многу важна улога во тенките филмови базирани на силикон. Може да ги пополни висечките врски во структурата на материјалот, во голема мера да го намали нивото на енергија на дефектот и лесно да ја реализира контролата на валентните електрони на материјалите Од копје и др. Прво го сфати допинг ефектот на силиконските тенки фолии и го подготви првиот PN спој во, истражувањето за подготовка и примена на тенки фолии базирани на силикон врз основа на технологијата PECVD беше развиено со скокови и граници. Затоа, хемиската реакција во тенки фолии базирани на силикон депонирани со PECVD технологијата ќе биде опишана и дискутирана во продолжение.
Во услови на празнење со сјај, бидејќи електроните во силиланската плазма имаат повеќе од неколку EV енергија, H2 и SiH4 ќе се распаднат кога ќе се судрат со електрони, што припаѓа на примарната реакција. Ако не ги земеме предвид средно возбудените состојби, можеме да ги добиеме следните реакции на дисоцијација на sihm (M = 0,1,2,3) со 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)
Според стандардната топлина на производството на молекулите на основната состојба, енергиите потребни за горенаведените процеси на дисоцијација (2.1) ~ (2.5) се 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV и 4.5 EV соодветно. Електроните со висока енергија во плазмата, исто така, можат да бидат подложени на следните реакции на јонизација
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)
Енергијата потребна за (2.6) ~ (2.9) е 11.9, 12.3, 13.6 и 15.3 EV соодветно. Поради разликата во енергијата на реакцијата, веројатноста за (2.1) ~ (2.9) реакции е многу нерамномерна. Покрај тоа, сихмот формиран со процесот на реакција (2.1) ~ (2.5) ќе ги претрпи следните секундарни реакции за јонизирање, како на пр.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Ако горната реакција се изведува со помош на еден електронски процес, потребната енергија е околу 12 eV или повеќе. Со оглед на фактот дека бројот на електрони со висока енергија над 10ev во слабо јонизираната плазма со густина на електрони од 1010cm-3 е релативно мал под атмосферскиот притисок (10-100pa) за подготовка на филмови базирани на силикон, кумулативниот веројатноста за јонизација е генерално помала од веројатноста за возбудување. Затоа, процентот на горенаведените јонизирани соединенија во силиланската плазма е многу мал, а неутралната група на сихм е доминантна. Резултатите од анализата на масовниот спектар исто така го докажуваат овој заклучок [8]. Буркард и сор. Понатаму истакна дека концентрацијата на sihm се намалила во редот на sih3, sih2, Si и SIH, но концентрацијата на SiH3 била најмногу три пати поголема од SIH. Робертсон и сор. Пријавено е дека во неутралните производи на sihm, чистиот силин главно се користел за празнење со голема моќност, додека sih3 главно се користел за празнење со мала моќност. Редоследот на концентрација од високо до ниско беше SiH3, SiH, Si, SiH2. Затоа, параметрите на процесот на плазма силно влијаат на составот на sihm неутралните производи.
Покрај горенаведените реакции на дисоцијација и јонизација, многу важни се и секундарните реакции помеѓу јонските молекули
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Затоа, во однос на концентрацијата на јони, sih3 + е повеќе од sih2 +. Може да објасни зошто има повеќе sih3 + јони отколку sih2 + јони во SiH4 плазмата.
Покрај тоа, ќе има реакција на судир на молекуларниот атом во која атомите на водород во плазмата го фаќаат водородот во SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2,14)
Тоа е егзотермна реакција и претходник за формирање на si2h6. Се разбира, овие групи не се само во основна состојба, туку и возбудени до возбудена состојба во плазмата. Емисионите спектри на силинската плазма покажуваат дека постојат оптички прифатливи преодни возбудени состојби на Si, SIH, h и вибрациони возбудени состојби на SiH2, SiH3
Време на објавување: април-07-2021 година