ပလာစမာအဆင့်မြှင့်တင်ထားသော ဓာတုအခိုးအငွေ့ထွက်ခြင်းဆိုင်ရာ အခြေခံနည်းပညာ (PECVD)

1. ပလာစမာကို မြှင့်တင်ပေးသော ဓာတုအခိုးအငွေ့ထွက်ခြင်း၏ အဓိကလုပ်ငန်းစဉ်များ

ပလာစမာ မြှင့်တင်ထားသော ဓာတုအခိုးအငွေ့များ စုပုံခြင်း (PECVD) သည် ပလာစမာ၏ အကူအညီဖြင့် ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်သည့် အရာများ၏ ဓာတုတုံ့ပြန်မှုဖြင့် ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များ ကြီးထွားမှုအတွက် နည်းပညာသစ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ PECVD နည်းပညာကို ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်မှုဖြင့် ပြင်ဆင်ထားသောကြောင့်၊ မျှခြေမဟုတ်သော ပလာစမာ၏ တုံ့ပြန်မှုလက္ခဏာများကို ထိရောက်စွာအသုံးချကာ တုံ့ပြန်မှုစနစ်၏ စွမ်းအင်ထောက်ပံ့မှုမုဒ်ကို အခြေခံကျကျ ပြောင်းလဲထားသည်။ ယေဘုယျအားဖြင့်ပြောရလျှင် PECVD နည်းပညာကို ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များပြင်ဆင်ရန်အသုံးပြုသောအခါ၊ ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များကြီးထွားလာမှုတွင် အဓိကအားဖြင့် အောက်ပါအခြေခံလုပ်ငန်းစဉ်သုံးရပ်ပါဝင်ပါသည်။

ပထမဦးစွာ၊ မျှခြေမရှိသောပလာစမာတွင်၊ အီလက်ထရွန်များသည် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့ကို ပြိုကွဲစေပြီး အိုင်းယွန်းများနှင့် တက်ကြွသောအုပ်စုများပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းရန် မူလအဆင့်ရှိ ဓါတ်ငွေ့နှင့် တုံ့ပြန်သည်။

ဒုတိယအချက်မှာ၊ တက်ကြွသောအုပ်စုအားလုံးသည် ရုပ်ရှင်၏မျက်နှာပြင်နှင့် နံရံဆီသို့ ပျံ့နှံ့သွားပြီး ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများကြားမှ ဒုတိယတုံ့ပြန်မှုများသည် တစ်ချိန်တည်းတွင် ဖြစ်ပေါ်ပါသည်။

နောက်ဆုံးတွင်၊ ကြီးထွားမျက်နှာပြင်သို့ရောက်ရှိသွားသော ပင်မနှင့်အလယ်တန်းတုံ့ပြန်မှုထုတ်ကုန် အမျိုးအစားအားလုံးကို ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ ပြန်လည်ထုတ်လွှတ်ခြင်းဖြင့် မျက်နှာပြင်နှင့်အတူ စုပ်ယူပြီး တုံ့ပြန်ကြသည်။

အထူးသဖြင့် PECVD နည်းပညာသည် ပြင်ပလျှပ်စစ်သံလိုက်စက်ကွင်း၏ လှုံ့ဆော်မှုအောက်တွင် ပလာစမာဓါတ်ငွေ့ကို အိုင်ယွန်အဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲစေနိုင်သည်။ တောက်ပနေသော ပလာစမာတွင်၊ ပြင်ပလျှပ်စစ်စက်ကွင်းမှ အရှိန်မြှင့်လာသော အီလက်ထရွန်များ၏ အရွေ့စွမ်းအင်သည် များသောအားဖြင့် 10ev ခန့် သို့မဟုတ် ပိုမြင့်သည်၊ ၎င်းသည် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ၏ ဓာတုနှောင်ကြိုးများကို ဖျက်ဆီးရန် လုံလောက်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ စွမ်းအင်မြင့်အီလက်ထရွန်များနှင့် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ၏ မပျော့ပြောင်းသော တိုက်မိမှုမှတစ်ဆင့်၊ ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများသည် ကြားနေအက်တမ်များနှင့် မော်လီကျူးထုတ်ကုန်များ ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် အိုင်ယွန်များ သို့မဟုတ် ပြိုကွဲသွားမည်ဖြစ်သည်။ အပြုသဘောဆောင်သော အိုင်းယွန်းများကို အရှိန်မြှင့်ထားသော အိုင်းယွန်းအလွှာသည် လျှပ်စစ်စက်ကွင်းမှ အရှိန်မြှင့်ကာ အထက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့် ဆောင့်သည်။ အောက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအနီးတွင် သေးငယ်သော အိုင်းယွန်းအလွှာလျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခုလည်း ရှိနေပြီး၊ ထို့ကြောင့် အလွှာကို အိုင်းယွန်းများဖြင့် အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိ ဗုံးကြဲထားသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့် ပြိုကွဲခြင်းမှ ထွက်လာသော ကြားနေဒြပ်စင်သည် ပြွန်နံရံနှင့် အလွှာများသို့ ပျံ့နှံ့သွားသည်။ ပျံ့လွင့်ခြင်းနှင့် ပျံ့နှံ့ခြင်းဖြစ်စဉ်တွင်၊ အဆိုပါအမှုန်အမွှားများနှင့် အုပ်စုများ (ဓာတုဗေဒအရတက်ကြွသောကြားနေအက်တမ်များနှင့် မော်လီကျူးများကို အုပ်စုများဟုခေါ်သည်) သည် ပျမ်းမျှအခမဲ့လမ်းကြောင်းကြောင့် အိုင်းယွန်းမော်လီကျူးတုံ့ပြန်မှုနှင့် အုပ်စုမော်လီကျူးတုံ့ပြန်မှုတို့ကို ခံရမည်ဖြစ်သည်။ အလွှာသို့ရောက်ရှိပြီး စုပ်ယူထားသော ဓာတုဗေဒပစ္စည်းများ (အဓိကအားဖြင့် အုပ်စုများ) ၏ ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများသည် အလွန်တက်ကြွပြီး ၎င်းတို့အကြား အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုဖြင့် ရုပ်ရှင်ကို ဖွဲ့စည်းထားသည်။

2. ပလာစမာတွင် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများ

ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်မှုဖြစ်စဉ်တွင် အဓိကအားဖြင့် အီလက်ထရွန် တိုက်မိခြင်းကြောင့် တုံ့ပြန်မှုဓာတ်ငွေ့များ၏ လှုံ့ဆော်မှုသည် ပလာစမာရှိ မူလတုံ့ပြန်မှု အမျိုးမျိုးဖြစ်ပြီး ပလာစမာနှင့် အစိုင်အခဲမျက်နှာပြင်ကြား အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုသည် အလွန်ရှုပ်ထွေးသောကြောင့် ယန္တရားလေ့လာရန် ပိုမိုခက်ခဲစေသည်။ PECVD လုပ်ငန်းစဉ်။ ယခုအချိန်အထိ၊ စံပြဂုဏ်သတ္တိရှိသော ရုပ်ရှင်များရရှိရန် စမ်းသပ်မှုများဖြင့် အရေးကြီးသော တုံ့ပြန်မှုစနစ်များစွာကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ထားသည်။ PECVD နည်းပညာကို အခြေခံ၍ ဆီလီကွန်အခြေခံ ပါးလွှာသော ဖလင်များကို အစစ်ခံရန်အတွက်၊ အစစ်ခံသည့် ယန္တရားကို နက်နက်နဲနဲ ထုတ်ဖော်နိုင်လျှင်၊ ပစ္စည်းများ၏ အလွန်ကောင်းမွန်သော ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို သေချာစေရန်အတွက် ဆီလီကွန်အခြေခံ ပါးလွှာသော ဖလင်များ၏ အစစ်ခံနှုန်းသည် အလွန်တိုးလာနိုင်သည်။

လက်ရှိတွင်၊ ဆီလီကွန်အခြေခံထားသော ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များ၏ သုတေသနပြုချက်တွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်ကို ပျော့ပျောင်းစေသော ဆီလိန်း (SiH4) ကို တုံ့ပြန်မှုဓာတ်ငွေ့အဖြစ် တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုနေသောကြောင့် ဆီလီကွန်အခြေခံသည့် ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များတွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်ပမာဏအချို့ ရှိနေသောကြောင့် ဖြစ်သည်။ H သည် ဆီလီကွန်အခြေခံ ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များတွင် အလွန်အရေးပါသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်ပါသည်။ ၎င်းသည် ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံရှိ ချည်နှောင်ထားသောနှောင်ကြိုးများကို ဖြည့်စွမ်းနိုင်ပြီး ချို့ယွင်းချက်စွမ်းအင်အဆင့်ကို လျှော့ချနိုင်ကာ ပစ္စည်းများ၏ valence အီလက်ထရွန်ထိန်းချုပ်မှုကို လွယ်ကူစွာ သိရှိနားလည်နိုင်မည်ဖြစ်သည်။ ဆီလီကွန်ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များ၏ တားမြစ်ဆေးအကျိုးသက်ရောက်မှုကို ဦးစွာသဘောပေါက်ပြီး ပထမဆုံး PN လမ်းဆုံကိုပြင်ဆင်ခဲ့ရာ PECVD နည်းပညာကိုအခြေခံ၍ ဆီလီကွန်အခြေခံသည့်ပါးလွှာသောရုပ်ရှင်များပြင်ဆင်ခြင်းနှင့်အသုံးချခြင်းဆိုင်ရာသုတေသနကို ခုန်ကျော်လွှားကာ တီထွင်ခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့် PECVD နည်းပညာဖြင့် စုဆောင်းထားသော ဆီလီကွန်အခြေခံ ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များတွင် ဓာတုဗေဒ တုံ့ပြန်မှုကို အောက်ပါအတိုင်း ဖော်ပြပြီး ဆွေးနွေးပါမည်။

တောက်ပမှုအခြေအနေအောက်တွင်၊ silane ပလာစမာရှိ အီလက်ထရွန်များသည် EV စွမ်းအင်များစွာထက်ပို၍ မူလတုံ့ပြန်မှုမှ အီလက်ထရွန်များနှင့် တိုက်မိသောအခါတွင် H2 နှင့် SiH4 သည် ပျက်စီးသွားမည်ဖြစ်သည်။ အကယ်၍ ကျွန်ုပ်တို့သည် အလယ်အလတ်စိတ်လှုပ်ရှားနေသည့် အခြေအနေများကို မစဉ်းစားပါက၊ H နှင့် sihm (M = 0,1,2,3) ၏ အောက်ဖော်ပြပါ dissociation တုံ့ပြန်မှုများကို ကျွန်ုပ်တို့ ရရှိနိုင်ပါသည်။

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)

မြေပြင်အခြေအနေမော်လီကျူးများ၏ထုတ်လုပ်မှု၏စံအပူအရ၊ အထက်ပါ dissociation လုပ်ငန်းစဉ်များအတွက်လိုအပ်သောစွမ်းအင် (2.1) ~ (2.5) သည် 2.1၊ 4.1၊ 4.4၊ 5.9 EV နှင့် 4.5 EV အသီးသီးဖြစ်သည်။ ပလာစမာရှိ စွမ်းအင်မြင့်မားသော အီလက်ထရွန်များသည် အောက်ဖော်ပြပါ အိုင်ယွန်ဇေးရှင်းတုံ့ပြန်မှုများကိုလည်း ခံရနိုင်သည်။

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) အတွက် လိုအပ်သော စွမ်းအင်သည် 11.9၊ 12.3၊ 13.6 နှင့် 15.3 EV အသီးသီးဖြစ်သည်။ တုံ့ပြန်မှုစွမ်းအင် ကွာခြားမှုကြောင့်၊ (2.1) ~ (2.9) တုံ့ပြန်မှုဖြစ်နိုင်ခြေသည် အလွန်မညီညာပါ။ ထို့အပြင်၊ တုံ့ပြန်မှုဖြစ်စဉ် (2.1) ~ (2.5) ဖြင့်ဖွဲ့စည်းထားသော sihm သည် ionize ဖြစ်သည့် အောက်ဖော်ပြပါ အလယ်တန်းတုံ့ပြန်မှုများကို ခံရလိမ့်မည်၊

SiH+e → SiH++2e (2.10)

SiH2+e →SiH2++2e (2.11)

SiH3+e →SiH3++2e (2.12)

အထက်ဖော်ပြပါ တုံ့ပြန်မှုကို အီလက်ထရွန် ဖြစ်စဉ်တစ်ခုဖြင့် လုပ်ဆောင်ပါက၊ လိုအပ်သော စွမ်းအင်သည် 12 eV သို့မဟုတ် ထို့ထက်ပို၍ လိုအပ်သည်။ 10ev အထက် စွမ်းအင်မြင့် အီလက်ထရွန် အရေအတွက် 1010cm-3 ရှိသော အီလက်ထရွန်သိပ်သည်းဆ အားနည်းသော ပလာစမာတွင် 10ev အထက် စွမ်းအင်မြင့် အီလက်ထရွန် အရေအတွက်သည် လေထုဖိအား (10-100pa) အောက်ရှိ ဆီလီကွန်အခြေခံရုပ်ရှင်များ ပြင်ဆင်မှုတွင် အတော်ပင် သေးငယ်သည်၊ ionization ဖြစ်နိုင်ခြေသည် ယေဘုယျအားဖြင့် excitation ဖြစ်နိုင်ခြေထက် သေးငယ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ silane ပလာစမာရှိ အထက်ဖော်ပြပါ အိုင်ယွန်ဒြပ်ပေါင်းများ၏ အချိုးအစားသည် အလွန်သေးငယ်ပြီး sihm ၏ ကြားနေအုပ်စုမှာ လွှမ်းမိုးထားသည်။ ဒြပ်ထုခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုရလဒ်များသည်လည်း ဤကောက်ချက် [8] ကို သက်သေပြသည်။ Bourquard et al ။ sih ၏အာရုံစူးစိုက်မှုသည် sih3၊ sih2၊ Si နှင့် SIH ၏အစီအစဥ်တွင်လျော့နည်းသွားသည်ကိုထောက်ပြသော်လည်း SiH3 ၏အာရုံစူးစိုက်မှုသည် SIH ထက်သုံးဆအများဆုံးဖြစ်သည်။ Robertson et al ။ sihm ၏ ကြားနေထုတ်ကုန်များတွင် ပါဝါမြင့်ထုတ်လွှတ်ရန်အတွက် စစ်စစ် silane ကို အဓိကအသုံးပြုပြီး sih3 ကို ပါဝါနိမ့်ဆင်းရန်အတွက် အဓိကအသုံးပြုကြောင်း အစီရင်ခံတင်ပြခဲ့သည် ။ အာရုံစူးစိုက်မှု အမြင့်ဆုံးမှ နိမ့်သည် SiH3၊ SiH၊ Si၊ SiH2 ဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပလာစမာလုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များသည် sihm ကြားနေထုတ်ကုန်များ၏ဖွဲ့စည်းမှုကို ပြင်းထန်စွာထိခိုက်စေပါသည်။

အထက်ပါ dissociation နှင့် ionization တုံ့ပြန်မှုများအပြင်၊ ionic molecules များကြားတွင် အလယ်တန်းတုံ့ပြန်မှုများသည်လည်း အလွန်အရေးကြီးပါသည်။

SiH2＋+SiH4 → SiH3++ SiH3 (2.13)

ထို့ကြောင့်၊ အိုင်းယွန်းအာရုံစူးစိုက်မှုအရ၊ sih3+ သည် sih2+ ထက်ပိုသည်။ ၎င်းသည် SiH4 ပလာစမာတွင် sih2 + အိုင်းယွန်းများထက် sih3 + အိုင်းယွန်းများ အဘယ်ကြောင့် ပိုမိုရှိနေကြောင်း ရှင်းပြနိုင်သည်။

ထို့အပြင်၊ ပလာစမာရှိ ဟိုက်ဒရိုဂျင်အက်တမ်များသည် SiH4 ရှိ ဟိုက်ဒရိုဂျင်ကို ဖမ်းယူသည့် မော်လီကျူးအက်တမ် တိုက်မိသည့် တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု ရှိလိမ့်မည်၊

H+ SiH4 → SiH3+H2 (2.14)

၎င်းသည် exothermic တုံ့ပြန်မှုနှင့် si2h6 ဖွဲ့စည်းခြင်းအတွက် ရှေ့ပြေးဖြစ်သည်။ ဟုတ်ပါတယ်၊ ဤအုပ်စုများသည် မြေပြင်အခြေအနေတွင်သာမက ပလာစမာရှိ စိတ်လှုပ်ရှားနေသည့်အခြေအနေကိုလည်း စိတ်လှုပ်ရှားစေပါသည်။ silane plasma ၏ ထုတ်လွှတ်မှု spectra သည် Si, SIH, h, နှင့် SiH2, SiH3 ၏ တုန်ခါမှု စိတ်လှုပ်ရှားဖွယ် အခြေအနေများ ရှိနေကြောင်း ပြသသည် ။