1. प्लाझ्मा वर्धित रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या मुख्य प्रक्रिया
ग्लो डिस्चार्ज प्लाझ्माच्या मदतीने वायू पदार्थांच्या रासायनिक अभिक्रियेद्वारे पातळ फिल्म्सच्या वाढीसाठी प्लाझ्मा एन्हांस्ड केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (पीईसीव्हीडी) हे नवीन तंत्रज्ञान आहे. PECVD तंत्रज्ञान गॅस डिस्चार्जद्वारे तयार केल्यामुळे, समतोल नसलेल्या प्लाझमाची प्रतिक्रिया वैशिष्ट्ये प्रभावीपणे वापरली जातात आणि प्रतिक्रिया प्रणालीचा ऊर्जा पुरवठा मोड मूलभूतपणे बदलला जातो. साधारणपणे सांगायचे तर, जेव्हा PECVD तंत्रज्ञानाचा वापर पातळ चित्रपट तयार करण्यासाठी केला जातो, तेव्हा पातळ चित्रपटांच्या वाढीमध्ये प्रामुख्याने खालील तीन मूलभूत प्रक्रियांचा समावेश होतो
प्रथमतः, समतोल नसलेल्या प्लाझ्मामध्ये, इलेक्ट्रॉन प्राथमिक अवस्थेत प्रतिक्रिया वायूशी विक्रिया करून प्रतिक्रिया वायूचे विघटन करतात आणि आयन आणि सक्रिय गटांचे मिश्रण तयार करतात;
दुसरे म्हणजे, सर्व प्रकारचे सक्रिय गट पसरतात आणि पृष्ठभागावर आणि चित्रपटाच्या भिंतीवर वाहतूक करतात आणि अभिक्रियाकांमधील दुय्यम प्रतिक्रिया एकाच वेळी होतात;
शेवटी, वाढीच्या पृष्ठभागावर पोहोचणारी सर्व प्रकारची प्राथमिक आणि दुय्यम प्रतिक्रिया उत्पादने शोषली जातात आणि पृष्ठभागावर प्रतिक्रिया देतात, तसेच वायूचे रेणू पुन्हा बाहेर पडतात.
विशेषत:, ग्लो डिस्चार्ज पद्धतीवर आधारित पीईसीव्हीडी तंत्रज्ञान बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या उत्तेजनाखाली प्लाझ्मा तयार करण्यासाठी प्रतिक्रिया वायूचे आयनीकरण करू शकते. ग्लो डिस्चार्ज प्लाझ्मामध्ये, बाह्य विद्युत क्षेत्राद्वारे प्रवेगित इलेक्ट्रॉन्सची गतिज ऊर्जा साधारणतः 10ev किंवा त्याहूनही जास्त असते, जी प्रतिक्रियाशील वायू रेणूंचे रासायनिक बंध नष्ट करण्यासाठी पुरेसे असते. म्हणून, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रतिक्रियाशील वायू रेणूंच्या स्थिर टक्करद्वारे, तटस्थ अणू आणि आण्विक उत्पादने तयार करण्यासाठी वायूचे रेणू आयनीकृत किंवा विघटित केले जातील. पॉझिटिव्ह आयन आयन थर प्रवेगक विद्युत क्षेत्राद्वारे प्रवेगित होतात आणि वरच्या इलेक्ट्रोडशी आदळतात. खालच्या इलेक्ट्रोडजवळ एक लहान आयन लेयर इलेक्ट्रिक फील्ड देखील आहे, त्यामुळे थर देखील काही प्रमाणात आयनचा भडिमार आहे. परिणामी, विघटनाने निर्माण होणारा तटस्थ पदार्थ ट्यूबच्या भिंतीवर आणि थरात पसरतो. प्रवाह आणि प्रसार प्रक्रियेत, हे कण आणि गट (रासायनिकदृष्ट्या सक्रिय तटस्थ अणू आणि रेणूंना समूह म्हणतात) आयन रेणू प्रतिक्रिया आणि लहान सरासरी मुक्त मार्गामुळे समूह रेणू प्रतिक्रिया घेतील. रासायनिक क्रियाशील पदार्थांचे (प्रामुख्याने गट) रासायनिक गुणधर्म जे सब्सट्रेटपर्यंत पोहोचतात आणि शोषले जातात ते खूप सक्रिय असतात आणि त्यांच्यातील परस्परसंवादाने फिल्म तयार होते.
2. प्लाझ्मा मध्ये रासायनिक प्रतिक्रिया
कारण ग्लो डिस्चार्ज प्रक्रियेत प्रतिक्रिया वायूची उत्तेजितता मुख्यतः इलेक्ट्रॉन टक्कर असते, प्लाझ्मामधील प्राथमिक प्रतिक्रिया वेगवेगळ्या असतात आणि प्लाझ्मा आणि घन पृष्ठभाग यांच्यातील परस्परसंवाद देखील खूप गुंतागुंतीचा असतो, ज्यामुळे यंत्रणेचा अभ्यास करणे अधिक कठीण होते. PECVD प्रक्रियेची. आतापर्यंत, आदर्श गुणधर्मांसह चित्रपट मिळविण्यासाठी प्रयोगांद्वारे अनेक महत्त्वपूर्ण प्रतिक्रिया प्रणाली ऑप्टिमाइझ केल्या गेल्या आहेत. PECVD तंत्रज्ञानावर आधारित सिलिकॉन-आधारित पातळ फिल्म्सच्या निक्षेपासाठी, डिपॉझिशन मेकॅनिझम सखोलपणे प्रकट केले जाऊ शकते, तर सिलिकॉन-आधारित पातळ फिल्म्सचे डिपॉझिशन रेट सामग्रीचे उत्कृष्ट भौतिक गुणधर्म सुनिश्चित करण्याच्या आधारावर मोठ्या प्रमाणात वाढवता येऊ शकते.
सध्या, सिलिकॉन-आधारित पातळ फिल्म्सच्या संशोधनात, हायड्रोजन डायल्युटेड सिलेन (SiH4) मोठ्या प्रमाणात अभिक्रिया वायू म्हणून वापरला जातो कारण सिलिकॉन-आधारित पातळ चित्रपटांमध्ये हायड्रोजनची विशिष्ट मात्रा असते. सिलिकॉन-आधारित पातळ चित्रपटांमध्ये एच खूप महत्त्वाची भूमिका बजावते. हे भौतिक संरचनेत लटकणारे बंध भरून काढू शकते, दोष उर्जा पातळी मोठ्या प्रमाणात कमी करू शकते आणि सामग्रीचे व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन नियंत्रण सहज लक्षात येऊ शकते कारण भाला आणि इतर. सिलिकॉनच्या पातळ फिल्म्सचा डोपिंग प्रभाव पहिल्यांदा लक्षात आला आणि मध्ये पहिले PN जंक्शन तयार केले, PECVD तंत्रज्ञानावर आधारित सिलिकॉन-आधारित पातळ फिल्म्स तयार करणे आणि वापरणे यावर संशोधन झेप आणि सीमांनी विकसित केले गेले आहे. म्हणून, PECVD तंत्रज्ञानाद्वारे जमा केलेल्या सिलिकॉन-आधारित पातळ फिल्म्समधील रासायनिक अभिक्रियाचे वर्णन आणि चर्चा केली जाईल.
ग्लो डिस्चार्ज स्थितीत, सिलेन प्लाझ्मामधील इलेक्ट्रॉन्समध्ये अनेक EV ऊर्जा असल्यामुळे, प्राथमिक अभिक्रियाशी संबंधित असलेल्या इलेक्ट्रॉनांशी टक्कर झाल्यावर H2 आणि SiH4 विघटित होतील. जर आपण मध्यवर्ती उत्तेजित अवस्थांचा विचार केला नाही, तर आपल्याला H सह sihm (M = 0,1,2,3) च्या खालील पृथक्करण प्रतिक्रिया मिळू शकतात.
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)
ग्राउंड स्टेट रेणूंच्या उत्पादनाच्या मानक उष्णतेनुसार, वरील पृथक्करण प्रक्रियेसाठी आवश्यक ऊर्जा (2.1) ~ (2.5) अनुक्रमे 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV आणि 4.5 EV आहेत. प्लाझ्मामधील उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन देखील खालील आयनीकरण प्रतिक्रियांमधून जाऊ शकतात
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) साठी लागणारी ऊर्जा अनुक्रमे 11.9, 12.3, 13.6 आणि 15.3 EV आहे. प्रतिक्रिया उर्जेच्या फरकामुळे, (2.1) ~ (2.9) प्रतिक्रियांची संभाव्यता खूप असमान आहे. याव्यतिरिक्त, प्रतिक्रिया प्रक्रियेसह तयार होणारी सिहम (2.1) ~ (2.5) आयनीकरणासाठी खालील दुय्यम प्रतिक्रियांमधून जाईल, जसे की
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
वरील प्रतिक्रिया एकाच इलेक्ट्रॉन प्रक्रियेद्वारे केली गेल्यास, आवश्यक ऊर्जा सुमारे 12 eV किंवा त्याहून अधिक आहे. सिलिकॉन-आधारित चित्रपट तयार करण्यासाठी 1010cm-3 च्या इलेक्ट्रॉन घनतेसह कमकुवत आयनीकृत प्लाझ्मामध्ये 10ev वरील उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनची संख्या वातावरणाच्या दाबाखाली (10-100pa) तुलनेने कमी आहे, हे लक्षात घेता, संचयी आयनीकरण संभाव्यता सामान्यतः उत्तेजनाच्या संभाव्यतेपेक्षा लहान असते. म्हणून, सिलेन प्लाझ्मामध्ये वरील आयनीकृत संयुगेचे प्रमाण फारच लहान आहे आणि सिहमचा तटस्थ गट प्रबळ आहे. मास स्पेक्ट्रम विश्लेषण परिणाम देखील हा निष्कर्ष सिद्ध करतात [8]. Bourquard et al. पुढे निदर्शनास आणून दिले की sih3, sih2, Si आणि SIH च्या क्रमाने sihm ची एकाग्रता कमी झाली, परंतु SiH3 ची एकाग्रता SIH पेक्षा जास्तीत जास्त तिप्पट होती. रॉबर्टसन आणि इतर. सिहमच्या तटस्थ उत्पादनांमध्ये, शुद्ध सिलेनचा वापर मुख्यत्वे उच्च-शक्तीच्या डिस्चार्जसाठी केला जात असे, तर sih3 मुख्यत्वे कमी-शक्तीच्या डिस्चार्जसाठी वापरला जात असे. उच्च ते निम्न एकाग्रतेचा क्रम SiH3, SiH, Si, SiH2 होता. म्हणून, प्लाझ्मा प्रक्रिया पॅरामीटर्स सिहम न्यूट्रल उत्पादनांच्या रचनेवर जोरदार परिणाम करतात.
वरील पृथक्करण आणि आयनीकरण प्रतिक्रियांव्यतिरिक्त, आयनिक रेणूंमधील दुय्यम प्रतिक्रिया देखील खूप महत्त्वाच्या आहेत.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
म्हणून, आयन एकाग्रतेच्या दृष्टीने, sih3 + sih2 + पेक्षा जास्त आहे. SiH4 प्लाझ्मामध्ये sih2 + आयनपेक्षा जास्त sih3 + आयन का आहेत हे ते स्पष्ट करू शकते.
याव्यतिरिक्त, एक आण्विक अणू टक्कर प्रतिक्रिया असेल ज्यामध्ये प्लाझ्मामधील हायड्रोजन अणू SiH4 मध्ये हायड्रोजन कॅप्चर करतात.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
ही एक एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया आहे आणि si2h6 च्या निर्मितीसाठी एक अग्रदूत आहे. अर्थात, हे गट केवळ जमिनीच्या अवस्थेतच नाहीत, तर प्लाझ्मामध्ये उत्तेजित अवस्थेत देखील उत्तेजित आहेत. सिलेन प्लाझमाचे उत्सर्जन स्पेक्ट्रा दाखवते की Si, SIH, h, आणि SiH2, SiH3 च्या कंपन उत्तेजित अवस्था ऑप्टिकली स्वीकार्य संक्रमण उत्तेजित अवस्था आहेत.
पोस्ट वेळ: एप्रिल-०७-२०२१