1. Proċessi ewlenin ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku mtejba fil-plażma
Id-depożizzjoni tal-fwar kimiku mtejba bil-plażma (PECVD) hija teknoloġija ġdida għat-tkabbir ta 'films irqaq permezz ta' reazzjoni kimika ta 'sustanzi gassużi bl-għajnuna ta' plażma ta 'skarika li tiddi. Minħabba li t-teknoloġija PECVD hija ppreparata permezz ta 'skariku tal-gass, il-karatteristiċi ta' reazzjoni tal-plażma mhux ta 'ekwilibriju huma utilizzati b'mod effettiv, u l-mod ta' provvista ta 'enerġija tas-sistema ta' reazzjoni jinbidel b'mod fundamentali. B'mod ġenerali, meta t-teknoloġija PECVD tintuża biex tipprepara films irqaq, it-tkabbir ta 'films irqaq jinkludi prinċipalment it-tliet proċessi bażiċi li ġejjin
L-ewwelnett, fil-plażma mhux ta 'ekwilibriju, l-elettroni jirreaġixxu mal-gass ta' reazzjoni fl-istadju primarju biex jiddekomponu l-gass ta 'reazzjoni u jiffurmaw taħlita ta' joni u gruppi attivi;
It-tieni nett, kull tip ta 'gruppi attivi jinfirex u jittrasportaw lejn il-wiċċ u l-ħajt tal-film, u r-reazzjonijiet sekondarji bejn ir-reaġenti jseħħu fl-istess ħin;
Fl-aħħarnett, kull tip ta 'prodotti ta' reazzjoni primarja u sekondarja li jilħqu l-wiċċ tat-tkabbir huma adsorbiti u jirreaġixxu mal-wiċċ, akkumpanjati mir-rilaxx mill-ġdid ta 'molekuli gassużi.
Speċifikament, it-teknoloġija PECVD ibbażata fuq il-metodu ta 'skariku ta' glow tista 'tagħmel il-gass ta' reazzjoni jonizza biex tifforma plażma taħt l-eċitazzjoni ta 'kamp elettromanjetiku estern. Fil-plażma ta 'discharge glow, l-enerġija kinetika tal-elettroni aċċellerata minn kamp elettriku estern hija ġeneralment madwar 10ev, jew saħansitra ogħla, li hija biżżejjed biex teqred ir-rabtiet kimiċi tal-molekuli tal-gass reattiv. Għalhekk, permezz tal-ħabta inelastika ta 'elettroni ta' enerġija għolja u molekuli tal-gass reattivi, il-molekuli tal-gass se jiġu jonizzati jew dekomposti biex jipproduċu atomi newtrali u prodotti molekulari. Il-jonji pożittivi huma aċċellerati mis-saff tal-jone li jaċċellera l-kamp elettriku u jaħbat mal-elettrodu ta 'fuq. Hemm ukoll kamp elettriku ta 'saff ta' jone żgħir ħdejn l-elettrodu t'isfel, għalhekk is-sottostrat huwa wkoll bbumbardjat minn joni sa ċertu punt. Bħala riżultat, is-sustanza newtrali prodotta mid-dekompożizzjoni tinfirex mal-ħajt tat-tubu u s-sottostrat. Fil-proċess ta 'drift u diffużjoni, dawn il-partiċelli u gruppi (l-atomi u l-molekuli newtrali kimikament attivi jissejħu gruppi) se jgħaddu minn reazzjoni tal-molekula tal-joni u reazzjoni tal-molekula tal-grupp minħabba l-molekula qasira medja ħielsa. Il-proprjetajiet kimiċi tas-sustanzi attivi kimiċi (prinċipalment gruppi) li jilħqu s-sottostrat u huma adsorbiti huma attivi ħafna, u l-film huwa ffurmat mill-interazzjoni bejniethom.
2. Reazzjonijiet kimiċi fil-plażma
Minħabba li l-eċitazzjoni tal-gass ta 'reazzjoni fil-proċess ta' skariku li jkandi hija prinċipalment ħabta ta 'elettroni, ir-reazzjonijiet elementari fil-plażma huma varji, u l-interazzjoni bejn il-plażma u l-wiċċ solidu hija wkoll kumplessa ħafna, li jagħmilha aktar diffiċli biex tistudja l-mekkaniżmu tal-proċess PECVD. S'issa, ħafna sistemi ta 'reazzjoni importanti ġew ottimizzati b'esperimenti biex jinkisbu films bi proprjetajiet ideali. Għad-depożizzjoni ta 'films irqaq ibbażati fuq is-silikon ibbażati fuq it-teknoloġija PECVD, jekk il-mekkaniżmu ta' depożizzjoni jista 'jiġi żvelat fil-fond, ir-rata ta' depożizzjoni ta 'films irqaq ibbażati fuq is-silikon tista' tiżdied ħafna fuq il-premessa li tiżgura l-proprjetajiet fiżiċi eċċellenti tal-materjali.
Fil-preżent, fir-riċerka ta 'films irqaq ibbażati fuq is-silikon, silane dilwit idroġenu (SiH4) huwa użat ħafna bħala l-gass ta' reazzjoni minħabba li hemm ċertu ammont ta 'idroġenu fil-films irqaq ibbażati fuq is-silikon. H għandu rwol importanti ħafna fil-films irqaq ibbażati fuq is-silikon. Jista 'jimla l-bonds dangling fl-istruttura tal-materjal, inaqqas ħafna l-livell ta' enerġija difett, u faċilment jirrealizza l-kontroll tal-elettroni tal-valenza tal-materjali Peress li lanza et al. L-ewwel induna l-effett tad-doping tal-films irqaq tas-silikon u pprepara l-ewwel junction PN fi, ir-riċerka dwar il-preparazzjoni u l-applikazzjoni ta 'films irqaq ibbażati fuq is-silikon ibbażati fuq it-teknoloġija PECVD ġiet żviluppata b'mod leaps u limiti. Għalhekk, ir-reazzjoni kimika f'films irqaq ibbażati fuq is-silikon depożitati mit-teknoloġija PECVD se tiġi deskritta u diskussa f'dan li ġej.
Taħt il-kondizzjoni ta 'skarika ta' glow, minħabba li l-elettroni fil-plażma tas-silane għandhom aktar minn diversi enerġija EV, H2 u SiH4 jiddekomponu meta ħabtu mill-elettroni, li jappartjeni għar-reazzjoni primarja. Jekk ma nikkunsidrawx l-istati eċċitati intermedji, nistgħu niksbu r-reazzjonijiet ta' dissoċjazzjoni li ġejjin ta 'sihm (M = 0,1,2,3) ma' 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)
Skont is-sħana standard tal-produzzjoni tal-molekuli tal-istat terren, l-enerġiji meħtieġa għall-proċessi ta 'dissoċjazzjoni ta' hawn fuq (2.1) ~ (2.5) huma 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV u 4.5 EV rispettivament. Elettroni ta 'enerġija għolja fil-plażma jistgħu wkoll jgħaddu mir-reazzjonijiet ta' jonizzazzjoni li ġejjin
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)
L-enerġija meħtieġa għal (2.6) ~ (2.9) hija 11.9, 12.3, 13.6 u 15.3 EV rispettivament. Minħabba d-differenza ta 'enerġija ta' reazzjoni, il-probabbiltà ta 'reazzjonijiet (2.1) ~ (2.9) hija irregolari ħafna. Barra minn hekk, is-sihm iffurmat bil-proċess ta 'reazzjoni (2.1) ~ (2.5) se jgħaddi mir-reazzjonijiet sekondarji li ġejjin biex jonizza, bħal
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Jekk ir-reazzjoni ta 'hawn fuq titwettaq permezz ta' proċess ta 'elettron wieħed, l-enerġija meħtieġa hija ta' madwar 12 eV jew aktar. Fid-dawl tal-fatt li n-numru ta 'elettroni ta' enerġija għolja 'l fuq minn 10ev fil-plażma jonizzata dgħajjef b'densità ta 'elettroni ta' 1010cm-3 huwa relattivament żgħir taħt il-pressjoni atmosferika (10-100pa) għall-preparazzjoni ta 'films ibbażati fuq silikon, Il-kumulattiv probabbiltà ta 'jonizzazzjoni hija ġeneralment iżgħar mill-probabbiltà ta' eċċitazzjoni. Għalhekk, il-proporzjon tal-komposti jonizzati ta 'hawn fuq fil-plażma ta' silan huwa żgħir ħafna, u l-grupp newtrali ta 'sihm huwa dominanti. Ir-riżultati tal-analiżi tal-ispettru tal-massa juru wkoll din il-konklużjoni [8]. Bourquard et al. Barra minn hekk irrimarka li l-konċentrazzjoni ta 'sihm naqset fl-ordni ta' sih3, sih2, Si u SIH, iżda l-konċentrazzjoni ta 'SiH3 kienet l-aktar tliet darbiet dik ta' SIH. Robertson et al. Irrapporta li fil-prodotti newtrali ta 'sihm, silane pur intuża prinċipalment għal skarigu ta' qawwa għolja, filwaqt li sih3 intuża prinċipalment għal skariku ta 'enerġija baxxa. L-ordni tal-konċentrazzjoni minn għoli għal baxx kien SiH3, SiH, Si, SiH2. Għalhekk, il-parametri tal-proċess tal-plażma jaffettwaw bil-qawwa l-kompożizzjoni tal-prodotti newtrali sihm.
Minbarra r-reazzjonijiet ta 'dissoċjazzjoni u jonizzazzjoni ta' hawn fuq, ir-reazzjonijiet sekondarji bejn molekuli joniċi huma wkoll importanti ħafna
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Għalhekk, f'termini ta 'konċentrazzjoni ta' joni, sih3 + huwa aktar minn sih2 +. Jista 'jispjega għaliex hemm aktar joni sih3 + minn joni sih2 + fil-plażma SiH4.
Barra minn hekk, se jkun hemm reazzjoni ta 'ħabta ta' atomu molekulari li fiha l-atomi tal-idroġenu fil-plażma jaqbdu l-idroġenu f'SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Hija reazzjoni eżotermika u prekursur għall-formazzjoni ta 'si2h6. Naturalment, dawn il-gruppi mhumiex biss fl-istat fundamentali, iżda wkoll eċċitati għall-istat eċċitati fil-plażma. L-ispettri tal-emissjoni tal-plażma tas-silan juru li hemm stati eċċitati ta' transizzjoni ottikament ammissibbli ta' Si, SIH, h, u stati eċċitati vibrazzjonali ta' SiH2, SiH3
Ħin tal-post: Apr-07-2021