پلازما وڌائڻ واري ڪيميائي بخار جمع ڪرڻ جي بنيادي ٽيڪنالاجي (PECVD)

1. پلازما جي مکيه عملن کي وڌايو ويو ڪيميائي وانپ جمع

پلازما اينهانسڊ ڪيميڪل وانپ ڊيپوزيشن (پي اي سي وي ڊي) هڪ نئين ٽيڪنالاجي آهي جيڪا ٿلهي فلمن جي واڌ ويجهه لاءِ گيس جي مواد جي ڪيميائي رد عمل ذريعي گلو ڊسچارج پلازما جي مدد سان ڪئي وئي آهي. ڇاڪاڻ ته PECVD ٽيڪنالاجي گئس خارج ڪرڻ سان تيار ڪئي وئي آهي، غير متوازن پلازما جي رد عمل جي خاصيتن کي مؤثر طور تي استعمال ڪيو ويو آهي، ۽ رد عمل سسٽم جي توانائي جي فراهمي جو طريقو بنيادي طور تي تبديل ڪيو ويو آهي. عام طور تي ڳالهائڻ، جڏهن PECVD ٽيڪنالاجي پتلي فلمن کي تيار ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويندو آهي، پتلي فلمن جي ترقي ۾ بنيادي طور تي هيٺيان ٽي بنيادي عمل شامل آهن.

سڀ کان پهرين، غير متوازن پلازما ۾، اليڪٽران ابتدائي اسٽيج ۾ رد عمل گيس سان گڏ رد عمل گيس کي ختم ڪرڻ ۽ آئنز ۽ فعال گروپن جو هڪ مرکب ٺاهي ٿو.

ٻيو، سڀني قسمن جي فعال گروپن کي ڦهلائڻ ۽ ٽرانسپورٽ جي سطح ۽ فلم جي ڀت ڏانهن منتقل ڪيو ويو آهي، ۽ ريڪٽرن جي وچ ۾ ثانوي ردعمل ساڳئي وقت ٿينديون آهن؛

آخرڪار، سڀني قسمن جي پرائمري ۽ ثانوي رد عمل جون شيون جيڪي ترقي جي مٿاڇري تي پهچندا آهن اهي جذب ڪيا ويندا آهن ۽ سطح سان رد عمل ڪندا آهن، گيس جي ماليڪيولز جي ٻيهر ڇڏڻ سان گڏ.

خاص طور تي، PECVD ٽيڪنالاجي جي بنياد تي چمڪ خارج ڪرڻ واري طريقي سان رد عمل گيس کي آئنائيز ڪري سگهي ٿو پلازما کي خارجي برقياتي مقناطيسي فيلڊ جي حوصلا هيٺ. گلو ڊسچارج پلازما ۾، خارجي بجليءَ جي فيلڊ ذريعي تيز ٿيندڙ اليڪٽران جي متحرڪ توانائي عام طور تي 10ev، يا ان کان به وڌيڪ هوندي آهي، جيڪا رد عمل واري گيس ماليڪيولز جي ڪيميائي بندن کي تباهه ڪرڻ لاءِ ڪافي هوندي آهي. تنهن ڪري، اعلي توانائي واري اليڪٽرانڪس ۽ رد عمل واري گيس جي ماليڪيولن جي غير لچڪدار ٽڪر جي ذريعي، گيس انوولز غير جانبدار ايٽم ۽ ماليڪيول پروڊڪٽس پيدا ڪرڻ لاء آئنائيز يا ختم ٿي ويندا. مثبت آئنز آئن پرت جي تيز رفتار برقي فيلڊ کي تيز ڪري رهيا آهن ۽ مٿين اليڪٽرروڊ سان ٽڪرائي رهيا آهن. هيٺئين اليڪٽرروڊ جي ويجهو هڪ ننڍڙو آئن پرت برقي ميدان پڻ آهي، تنهنڪري ذيلي ذخيرو پڻ ڪجهه حد تائين آئنز طرفان بمباري ڪئي وئي آهي. نتيجي طور، غير جانبدار مادو ٺهڪندڙ ذريعي پيدا ٿئي ٿو ٽيوب جي ڀت ۽ سبسٽريٽ ڏانهن. drift ۽ diffusion جي عمل ۾، اهي ذرات ۽ گروهه (ڪيميائي طور تي فعال غير جانبدار ايٽمس ۽ ماليڪيولز کي گروپ سڏيو ويندو آهي) مختصر سراسري آزاد رستي جي ڪري آئن ماليڪيول جي رد عمل ۽ گروپ ماليڪيول جي رد عمل مان گذرندا. ڪيميائي خاصيتون (خاص طور تي گروپ) جيڪي ذيلي ذخيري تائين پهچندا آهن ۽ جذب ڪيا ويندا آهن، تمام سرگرم آهن، ۽ فلم انهن جي وچ ۾ رابطي جي ذريعي ٺهيل آهي.

2. پلازما ۾ ڪيميائي رد عمل

ڇاڪاڻ ته گلو خارج ڪرڻ واري عمل ۾ رد عمل گيس جو حوصلو بنيادي طور تي اليڪٽران جو ٽڪراءُ آهي، پلازما ۾ ابتدائي رد عمل مختلف آهن، ۽ پلازما ۽ سڪل مٿاڇري جي وچ ۾ رابطي پڻ تمام پيچيده آهي، جنهن کي ميڪانيزم جو مطالعو ڪرڻ وڌيڪ ڏکيو بڻائي ٿو. PECVD عمل جي. هينئر تائين، ڪيترن ئي اهم ردعمل سسٽم کي بهتر ڪيو ويو آهي تجربن سان فلمون حاصل ڪرڻ لاءِ مثالي ملڪيت. PECVD ٽيڪنالاجي جي بنياد تي سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي جمع ڪرڻ لاء، جيڪڏهن جمع ڪرڻ واري ميڪانيزم کي تمام گهڻي ظاهر ڪري سگهجي ٿي، سلکان تي ٻڌل پتلي فلمن جي جمع ڪرڻ جي شرح کي مواد جي شاندار جسماني ملڪيت کي يقيني بڻائڻ جي بنياد تي تمام گهڻو وڌائي سگهجي ٿو.

هن وقت، سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي تحقيق ۾، هائڊروجن ڊائلٽ ٿيل سائلين (SiH4) وڏي پيماني تي رد عمل گيس طور استعمال ڪيو ويندو آهي ڇو ته سلکان تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ هائڊروجن جي هڪ خاص مقدار هوندي آهي. ايڇ سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ تمام اهم ڪردار ادا ڪري ٿو. اهو مادي جي جوڙجڪ ۾ ٻرندڙ بندن کي ڀري سگهي ٿو، خراب توانائي جي سطح کي تمام گهڻو گهٽائي سگهي ٿو، ۽ آساني سان مواد جي ويلنس اليڪٽران ڪنٽرول کي محسوس ڪري سگھي ٿو کان وٺي اسپيئر ايٽ ال. پهريون ڀيرو سلڪون پتلي فلمن جي ڊاپنگ اثر کي محسوس ڪيو ۽ ان ۾ پهريون PN جنڪشن تيار ڪيو، PECVD ٽيڪنالاجي جي بنياد تي سلڪون جي بنياد تي پتلي فلمن جي تياري ۽ ايپليڪيشن تي تحقيق leaps and bounds ذريعي ترقي ڪئي وئي آهي. تنهن ڪري، PECVD ٽيڪنالاجي پاران جمع ڪيل سلکان تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ ڪيميائي رد عمل بيان ڪيو ويندو ۽ هيٺ ڏنل بحث ڪيو ويندو.

چمڪندڙ خارج ٿيڻ واري حالت ۾، ڇاڪاڻ ته سائلين پلازما ۾ اليڪٽران ڪيترن ئي EV توانائي کان وڌيڪ آهن، H2 ۽ SiH4 جڏهن اهي اليڪٽرانن سان ٽڪرائجي ويندا آهن، جن جو تعلق بنيادي رد عمل سان آهي. جيڪڏهن اسان وچولي حوصلي واري رياستن تي غور نه ڪريون، ته اسان کي H سان sihm (M = 0,1,2,3) جا هيٺيان الڳ الڳ رد عمل حاصل ڪري سگهون ٿا.

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)

زميني رياستي ماليڪيولن جي پيداوار جي معياري گرمي جي مطابق، مٿين ورهائڻ واري عمل (2.1) ~ (2.5) لاءِ گهربل توانائيون 2.1، 4.1، 4.4، 5.9 EV ۽ 4.5 EV آهن. پلازما ۾ اعلي توانائي اليڪٽران پڻ هيٺين آئنائيزيشن رد عملن مان گذري سگهن ٿا

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) لاءِ گهربل توانائي ترتيبوار 11.9، 12.3، 13.6 ۽ 15.3 EV آهي. رد عمل جي توانائي جي فرق جي ڪري، (2.1) ~ (2.9) ردعمل جو امڪان تمام اڻ برابر آهي. ان کان علاوه، رد عمل جي عمل سان ٺهيل سيهم (2.1) ~ (2.5) آئنائيز ڪرڻ لاء هيٺين ثانوي رد عملن مان گذرندو، جهڙوڪ

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

جيڪڏهن مٿيون رد عمل هڪ واحد اليڪٽران جي عمل ذريعي ڪيو وڃي ٿو، گهربل توانائي تقريبا 12 eV يا وڌيڪ آهي. ان حقيقت کي نظر ۾ رکندي ته 10ev کان مٿي اعليٰ توانائي واري اليڪٽرانن جو تعداد 1010cm-3 جي اليڪٽران جي کثافت سان ڪمزور آئنائيزڊ پلازما ۾ سلکان تي ٻڌل فلمن جي تياري لاءِ هوا جي دٻاءَ (10-100pa) هيٺ نسبتاً ننڍو هوندو آهي، ان جو مجموعو. ionization امڪان عام طور تي excitation امڪان کان ننڍو آهي. تنهن ڪري، سائلين پلازما ۾ مٿين ionized مرکبات جو تناسب تمام ننڍڙو آهي، ۽ سيهم جو غير جانبدار گروپ غالب آهي. ڪاميٽي اسپيڪرم تجزيو جا نتيجا پڻ هن نتيجي کي ثابت ڪن ٿا [8]. Bourquard et al. وڌيڪ نشاندهي ڪئي وئي ته sih3، sih2، Si ۽ SIH جي ترتيب ۾ sihm جي ڪنسنٽريشن گهٽجي وئي، پر SiH3 جي ڪنسنٽريشن SIH کان ٽي ڀيرا وڌيڪ هئي. رابرٽسن وغيره. رپورٽ ۾ ٻڌايو ويو آهي ته sihm جي غير جانبدار مصنوعات ۾، خالص سلين بنيادي طور تي اعلي طاقت خارج ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويو، جڏهن ته sih3 خاص طور تي گهٽ طاقت خارج ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويو. اعليٰ کان گهٽ تائين ڪنسنٽريشن جو حڪم SiH3، SiH، Si، SiH2 هو. تنهن ڪري، پلازما جي عمل جي پيراگراف مضبوط طور تي سيهم غير جانبدار شين جي ٺهڻ تي اثر انداز ڪن ٿا.

مٿين علحدگيءَ ۽ آئنائيزيشن رد عملن کان علاوه، آئنيڪ ماليڪيولن جي وچ ۾ ثانوي رد عمل به تمام اهم آهن.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

تنهن ڪري، آئن ڪنسنٽريشن جي لحاظ کان، sih3 + sih2 + کان وڌيڪ آهي. اهو وضاحت ڪري سگهي ٿو ته SiH4 پلازما ۾ sih2 + ions کان وڌيڪ sih3 + آئن ڇو آهن.

ان کان علاوه، اتي هڪ سالمياتي ايٽم جي ٽڪر جو رد عمل هوندو جنهن ۾ پلازما ۾ هائڊروجن ايٽم SiH4 ۾ هائڊروجن کي پڪڙيندا آهن.

H+ SiH4 → SiH3+ H2 (2.14)

اهو هڪ exothermic ردعمل آهي ۽ si2h6 جي ٺهڻ لاء هڪ اڳوڻو آهي. يقينن، اهي گروهه نه رڳو زميني حالت ۾ آهن، پر پلازما ۾ پڻ اتساهه واري رياست ڏانهن. سائلين پلازما جو اخراج اسپيڪٽرا ڏيکاري ٿو ته سي، SIH، h، ۽ vibrational excited رياستون SiH2، SiH3 جون نظرياتي طور تي قابل قبول منتقلي پرجوش رياستون آهن.