1. प्लाज्मा परिष्कृत रासायनिक वाष्प निक्षेप को मुख्य प्रक्रियाहरु
प्लाज्मा एन्हान्स्ड केमिकल भाप डिपोजिसन (PECVD) ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्माको मद्दतले ग्यासयुक्त पदार्थहरूको रासायनिक प्रतिक्रियाद्वारा पातलो फिल्महरूको वृद्धिको लागि नयाँ प्रविधि हो। किनभने PECVD प्रविधि ग्यास डिस्चार्ज द्वारा तयार गरिएको छ, गैर-संतुलन प्लाज्माको प्रतिक्रिया विशेषताहरू प्रभावकारी रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र प्रतिक्रिया प्रणालीको ऊर्जा आपूर्ति मोड मौलिक रूपमा परिवर्तन हुन्छ। सामान्यतया, जब PECVD प्रविधि पातलो फिल्महरू तयार गर्न प्रयोग गरिन्छ, पातलो फिल्महरूको बृद्धिमा मुख्यतया निम्न तीन आधारभूत प्रक्रियाहरू समावेश हुन्छन्।
पहिलो, गैर-संतुलन प्लाज्मामा, इलेक्ट्रोनहरूले प्रतिक्रिया ग्यासलाई विघटन गर्न प्राथमिक चरणमा प्रतिक्रिया ग्याससँग प्रतिक्रिया गर्दछ र आयनहरू र सक्रिय समूहहरूको मिश्रण बनाउँछ;
दोस्रो, सबै प्रकारका सक्रिय समूहहरू सतह र फिल्मको पर्खालमा फैलिन्छन् र ढुवानी गर्छन्, र प्रतिक्रियाकर्ताहरू बीचको माध्यमिक प्रतिक्रियाहरू एकै समयमा हुन्छन्;
अन्तमा, विकास सतहमा पुग्ने सबै प्रकारका प्राथमिक र माध्यमिक प्रतिक्रिया उत्पादनहरू सोखिन्छन् र सतहसँग प्रतिक्रिया गर्छन्, ग्यासीय अणुहरूको पुन: रिलीजको साथ।
विशेष रूपमा, ग्लो डिस्चार्ज विधिमा आधारित PECVD प्रविधिले बाह्य विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रको उत्तेजना अन्तर्गत प्लाज्मा बनाउन प्रतिक्रिया ग्याँस आयनाइज गर्न सक्छ। ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मामा, बाह्य बिजुली क्षेत्र द्वारा प्रवेगित इलेक्ट्रोनहरूको गतिज ऊर्जा सामान्यतया लगभग 10ev, वा त्यो भन्दा बढी हुन्छ, जुन प्रतिक्रियाशील ग्यास अणुहरूको रासायनिक बन्धन नष्ट गर्न पर्याप्त हुन्छ। त्यसकारण, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोनहरू र प्रतिक्रियाशील ग्यास अणुहरूको अलोचक टक्करको माध्यमबाट, ग्यास अणुहरू तटस्थ परमाणुहरू र आणविक उत्पादनहरू उत्पादन गर्न आयनीकृत वा विघटन हुनेछन्। धनात्मक आयनहरू आयन तहले विद्युतीय क्षेत्रलाई गति दिने र माथिल्लो इलेक्ट्रोडसँग टक्कर गरेर द्रुत हुन्छन्। तल्लो इलेक्ट्रोडको नजिक एउटा सानो आयन तह विद्युतीय क्षेत्र पनि छ, त्यसैले सब्सट्रेट पनि केही हदसम्म आयनहरूद्वारा बमबारी गरिएको छ। नतिजाको रूपमा, विघटन द्वारा उत्पादित तटस्थ पदार्थ ट्यूब भित्ता र सब्सट्रेटमा फैलिन्छ। बहाव र प्रसारको प्रक्रियामा, यी कणहरू र समूहहरू (रासायनिक रूपमा सक्रिय तटस्थ परमाणुहरू र अणुहरूलाई समूह भनिन्छ) छोटो औसत मुक्त मार्गको कारणले आयन अणु प्रतिक्रिया र समूह अणु प्रतिक्रियाबाट गुजरनेछ। रासायनिक सक्रिय पदार्थहरू (मुख्य रूपमा समूहहरू) को रासायनिक गुणहरू जुन सब्सट्रेटमा पुग्छन् र सोख्छन् धेरै सक्रिय हुन्छन्, र फिल्म तिनीहरू बीचको अन्तरक्रियाद्वारा बनाइन्छ।
2. प्लाज्मामा रासायनिक प्रतिक्रियाहरू
किनभने ग्लो डिस्चार्ज प्रक्रियामा प्रतिक्रिया ग्याँसको उत्तेजना मुख्यतया इलेक्ट्रोन टक्कर हो, प्लाज्मामा प्राथमिक प्रतिक्रियाहरू विभिन्न छन्, र प्लाज्मा र ठोस सतह बीचको अन्तरक्रिया पनि धेरै जटिल छ, जसले यो तंत्रको अध्ययन गर्न अझ गाह्रो बनाउँछ। PECVD प्रक्रिया को। अहिलेसम्म, धेरै महत्त्वपूर्ण प्रतिक्रिया प्रणालीहरू आदर्श गुणहरू भएका चलचित्रहरू प्राप्त गर्न प्रयोगहरूद्वारा अनुकूलित गरिएको छ। PECVD प्रविधिमा आधारित सिलिकन-आधारित पातलो फिल्महरूको निक्षेपको लागि, यदि निक्षेप संयन्त्रलाई गहिरो रूपमा प्रकट गर्न सकिन्छ भने, सिलिकन-आधारित पातलो फिल्महरूको निक्षेप दर सामग्रीको उत्कृष्ट भौतिक गुणहरू सुनिश्चित गर्ने आधारमा धेरै बढाउन सकिन्छ।
हाल, सिलिकनमा आधारित पातलो फिल्महरूको अनुसन्धानमा, हाइड्रोजन पातलो सिलेन (SiH4) लाई प्रतिक्रिया ग्यासको रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ किनभने सिलिकनमा आधारित पातलो फिल्महरूमा हाइड्रोजनको निश्चित मात्रा हुन्छ। सिलिकनमा आधारित पातलो फिल्महरूमा H ले धेरै महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यसले भौतिक संरचनामा झुन्ड्याउने बन्डहरू भर्न सक्छ, दोष ऊर्जा स्तरलाई धेरै कम गर्न सक्छ, र भाला एट अलबाट सामग्रीको भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन नियन्त्रण सजिलैसँग महसुस गर्न सक्छ। पहिलो पटक सिलिकन पातलो फिल्महरूको डोपिङ प्रभाव महसुस गर्यो र पहिलो PN जंक्शन तयार गर्यो, PECVD प्रविधिमा आधारित सिलिकन-आधारित पातलो फिल्महरूको तयारी र प्रयोगको अनुसन्धानलाई छलांग र सीमाहरू द्वारा विकसित गरिएको छ। तसर्थ, PECVD टेक्नोलोजी द्वारा जम्मा गरिएको सिलिकन-आधारित पातलो फिल्महरूमा रासायनिक प्रतिक्रियालाई निम्नमा वर्णन र छलफल गरिनेछ।
ग्लो डिस्चार्ज अवस्था अन्तर्गत, सिलेन प्लाज्मामा इलेक्ट्रोनहरू धेरै EV ऊर्जा भएकाले, H2 र SiH4 विघटन हुनेछ जब तिनीहरू इलेक्ट्रोनहरूद्वारा टक्कर हुन्छन्, जुन प्राथमिक प्रतिक्रियासँग सम्बन्धित छ। यदि हामीले मध्यवर्ती उत्तेजित अवस्थाहरूलाई विचार गर्दैनौं भने, हामी H सँग sihm (M = 0,1,2,3) को निम्न विच्छेदन प्रतिक्रियाहरू प्राप्त गर्न सक्छौं।
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)
ग्राउण्ड स्टेट अणुहरूको उत्पादनको मानक ताप अनुसार, माथिको पृथकीकरण प्रक्रियाहरू (2.1) ~ (2.5) को लागि आवश्यक ऊर्जाहरू क्रमशः 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV र 4.5 EV छन्। प्लाज्मामा उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रोनहरूले निम्न आयनीकरण प्रतिक्रियाहरू पनि गुजर्न सक्छन्
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) को लागि आवश्यक ऊर्जा क्रमशः 11.9, 12.3, 13.6 र 15.3 EV हो। प्रतिक्रिया ऊर्जाको भिन्नताको कारण, (2.1) ~ (2.9) प्रतिक्रियाहरूको सम्भावना धेरै असमान छ। थप रूपमा, प्रतिक्रिया प्रक्रिया (2.1) ~ (2.5) बाट बनेको सिहमले आयनाइज गर्न निम्न माध्यमिक प्रतिक्रियाहरू पार गर्नेछ, जस्तै:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (२.१२)
यदि माथिको प्रतिक्रिया एकल इलेक्ट्रोन प्रक्रियाको माध्यमबाट गरिन्छ भने, आवश्यक ऊर्जा लगभग 12 eV वा बढी हुन्छ। 1010cm-3 को इलेक्ट्रोन घनत्व भएको कमजोर आयनीकृत प्लाज्मामा 10ev माथि उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोनहरूको संख्या सिलिकन-आधारित फिल्महरूको तयारीको लागि वायुमण्डलीय दबाव (10-100pa) अन्तर्गत अपेक्षाकृत सानो छ भन्ने तथ्यलाई ध्यानमा राख्दै, संचयी। आयनीकरण सम्भावना सामान्यतया उत्तेजना सम्भावना भन्दा सानो छ। त्यसकारण, सिलेन प्लाज्मामा माथिको आयनीकृत यौगिकहरूको अनुपात धेरै सानो छ, र सिहमको तटस्थ समूह प्रमुख छ। मास स्पेक्ट्रम विश्लेषण परिणामहरूले पनि यो निष्कर्ष प्रमाणित गर्दछ [8]। Bourquad et al। sih3, sih2, Si र SIH को क्रम मा sihm को एकाग्रता घट्यो, तर SiH3 को एकाग्रता SIH को भन्दा बढीमा तीन गुणा थियो। रोबर्टसन एट अल। रिपोर्ट गरिएको छ कि सिहमको तटस्थ उत्पादनहरूमा, शुद्ध सिलेन मुख्यतया उच्च-शक्ति डिस्चार्जको लागि प्रयोग गरिएको थियो, जबकि sih3 मुख्यतया कम शक्ति डिस्चार्जको लागि प्रयोग गरिएको थियो। उच्च देखि निम्न एकाग्रता को क्रम SiH3, SiH, Si, SiH2 थियो। त्यसकारण, प्लाज्मा प्रक्रिया प्यारामिटरहरूले सिहम तटस्थ उत्पादनहरूको संरचनालाई कडा रूपमा असर गर्छ।
माथिको पृथक्करण र आयनीकरण प्रतिक्रियाहरूको अतिरिक्त, आयनिक अणुहरू बीचको माध्यमिक प्रतिक्रियाहरू पनि धेरै महत्त्वपूर्ण छन्।
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
त्यसैले, आयन एकाग्रताको सन्दर्भमा, sih3 + sih2 + भन्दा बढी छ। यसले SiH4 प्लाज्मामा sih2 + ion भन्दा sih3 + आयनहरू किन बढी छन् भनेर व्याख्या गर्न सक्छ।
थप रूपमा, त्यहाँ एक आणविक परमाणु टक्कर प्रतिक्रिया हुनेछ जसमा प्लाज्मामा हाइड्रोजन परमाणुहरूले SiH4 मा हाइड्रोजन कब्जा गर्दछ।
H+ SiH4→ SiH3+H2 (2.14)
यो एक exothermic प्रतिक्रिया र si2h6 को गठन को लागी एक अग्रदूत हो। निस्सन्देह, यी समूहहरू जमिनको अवस्थामा मात्र होइन, तर प्लाज्मामा उत्तेजित राज्यमा पनि उत्साहित छन्। साइलेन प्लाज्माको उत्सर्जन स्पेक्ट्राले Si, SIH, h, र SiH2, SiH3 को कम्पन उत्तेजित अवस्थाहरू अप्टिकल रूपमा स्वीकार्य संक्रमण उत्तेजित अवस्थाहरू छन् भनेर देखाउँछ।
पोस्ट समय: अप्रिल ०७-२०२१