1. Proceset kryesore të depozitimit të avullit kimik të përmirësuar të plazmës
Depozitimi i avullit kimik të përmirësuar me plazmën (PECVD) është një teknologji e re për rritjen e filmave të hollë me reaksion kimik të substancave të gazta me ndihmën e plazmës së shkarkimit të shkëlqimit. Për shkak se teknologjia PECVD përgatitet nga shkarkimi i gazit, karakteristikat e reagimit të plazmës jo ekuilibër përdoren në mënyrë efektive dhe mënyra e furnizimit me energji të sistemit të reagimit është ndryshuar rrënjësisht. Në përgjithësi, kur teknologjia PECVD përdoret për të përgatitur filma të hollë, rritja e filmave të hollë kryesisht përfshin tre proceset themelore të mëposhtme
Së pari, në plazmën jo-ekuilibër, elektronet reagojnë me gazin e reaksionit në fazën parësore për të zbërthyer gazin e reaksionit dhe për të formuar një përzierje jonesh dhe grupesh aktive;
Së dyti, të gjitha llojet e grupeve aktive shpërndahen dhe transportohen në sipërfaqe dhe në murin e filmit, dhe reaksionet dytësore midis reaktantëve ndodhin në të njëjtën kohë;
Së fundi, të gjitha llojet e produkteve të reaksionit parësor dhe dytësor që arrijnë në sipërfaqen e rritjes absorbohen dhe reagojnë me sipërfaqen, të shoqëruar nga rilirimi i molekulave të gazta.
Në mënyrë të veçantë, teknologjia PECVD e bazuar në metodën e shkarkimit të shkëlqimit mund të bëjë që gazi i reaksionit të jonizohet për të formuar plazmën nën ngacmimin e fushës elektromagnetike të jashtme. Në plazmën e shkarkimit të shkëlqimit, energjia kinetike e elektroneve të përshpejtuara nga fusha elektrike e jashtme është zakonisht rreth 10ev, ose edhe më e lartë, e cila është e mjaftueshme për të shkatërruar lidhjet kimike të molekulave reaktive të gazit. Prandaj, përmes përplasjes joelastike të elektroneve me energji të lartë dhe molekulave të gazit reaktive, molekulat e gazit do të jonizohen ose dekompozohen për të prodhuar atome neutrale dhe produkte molekulare. Jonet pozitive përshpejtohen nga shtresa jonike që përshpejton fushën elektrike dhe përplasen me elektrodën e sipërme. Ekziston gjithashtu një fushë elektrike me shtresë të vogël jonike pranë elektrodës së poshtme, kështu që nënshtresa gjithashtu bombardohet nga jonet në një farë mase. Si rezultat, substanca neutrale e prodhuar nga dekompozimi shpërndahet në murin e tubit dhe nënshtresën. Në procesin e lëvizjes dhe difuzionit, këto grimca dhe grupe (atomet dhe molekulat neutrale kimikisht aktive quhen grupe) do t'i nënshtrohen reaksionit të molekulës së joneve dhe reaksionit të molekulës së grupit për shkak të rrugës së shkurtër mesatare të lirë. Vetitë kimike të substancave aktive kimike (kryesisht grupe) që arrijnë në substrat dhe absorbohen janë shumë aktive dhe filmi formohet nga ndërveprimi ndërmjet tyre.
2. Reaksionet kimike në plazmë
Për shkak se ngacmimi i gazit të reaksionit në procesin e shkarkimit të shkëlqimit është kryesisht përplasje elektronike, reaksionet elementare në plazmë janë të ndryshme, dhe ndërveprimi midis plazmës dhe sipërfaqes së ngurtë është gjithashtu shumë kompleks, gjë që e bën më të vështirë studimin e mekanizmit. të procesit PECVD. Deri më tani, shumë sisteme të rëndësishme reagimi janë optimizuar nga eksperimentet për të marrë filma me veti ideale. Për depozitimin e filmave të hollë me bazë silikoni bazuar në teknologjinë PECVD, nëse mekanizmi i depozitimit mund të zbulohet thellë, shkalla e depozitimit të filmave të hollë me bazë silikoni mund të rritet shumë me premisën e sigurimit të vetive fizike të shkëlqyera të materialeve.
Aktualisht, në hulumtimin e filmave të hollë me bazë silikoni, silani i holluar me hidrogjen (SiH4) përdoret gjerësisht si gaz i reaksionit, sepse ka një sasi të caktuar hidrogjeni në filmat e hollë me bazë silikoni. H luan një rol shumë të rëndësishëm në filmat e hollë me bazë silikoni. Mund të mbushë lidhjet e varura në strukturën e materialit, të zvogëlojë në masë të madhe nivelin e energjisë së defektit dhe të realizojë lehtësisht kontrollin e elektroneve të valencës së materialeve Pasi shtiza et al. Fillimisht kuptoi efektin e dopingut të filmave të hollë të silikonit dhe përgatiti kryqëzimin e parë PN në, kërkimi mbi përgatitjen dhe aplikimin e filmave të hollë me bazë silikoni bazuar në teknologjinë PECVD është zhvilluar me hapa të mëdhenj. Prandaj, reaksioni kimik në filmat e hollë me bazë silikoni të depozituara nga teknologjia PECVD do të përshkruhet dhe diskutohet në vijim.
Në kushtet e shkarkimit të shkëlqimit, për shkak se elektronet në plazmën e silanit kanë më shumë se disa energji EV, H2 dhe SiH4 do të dekompozohen kur përplasen nga elektronet, që i përket reaksionit primar. Nëse nuk marrim parasysh gjendjet e ndërmjetme të ngacmuara, mund të marrim reaksionet e mëposhtme të disociimit të sihm (M = 0,1,2,3) me 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)
Sipas nxehtësisë standarde të prodhimit të molekulave të gjendjes bazë, energjitë e kërkuara për proceset e disociimit të mësipërm (2.1) ~ (2.5) janë përkatësisht 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV dhe 4.5 EV. Elektronet me energji të lartë në plazmë mund t'i nënshtrohen gjithashtu reaksioneve të jonizimit të mëposhtëm
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)
Energjia e kërkuar për (2.6) ~ (2.9) është përkatësisht 11.9, 12.3, 13.6 dhe 15.3 EV. Për shkak të ndryshimit të energjisë së reaksionit, probabiliteti i reaksioneve (2.1) ~ (2.9) është shumë i pabarabartë. Përveç kësaj, sihm i formuar me procesin e reaksionit (2.1) ~ (2.5) do t'i nënshtrohet reaksioneve dytësore të mëposhtme për të jonizuar, si p.sh.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Nëse reaksioni i mësipërm kryhet me anë të një procesi elektronik të vetëm, energjia e kërkuar është rreth 12 eV ose më shumë. Duke pasur parasysh faktin se numri i elektroneve me energji të lartë mbi 10ev në plazmën e jonizuar dobët me densitet elektronik 1010cm-3 është relativisht i vogël nën presionin atmosferik (10-100pa) për përgatitjen e filmave me bazë silikoni, Kumulativi probabiliteti i jonizimit është përgjithësisht më i vogël se probabiliteti i ngacmimit. Prandaj, përqindja e përbërjeve të jonizuara të mësipërme në plazmën e silanit është shumë e vogël, dhe grupi neutral i sihmit është mbizotërues. Rezultatet e analizës së spektrit të masës vërtetojnë gjithashtu këtë përfundim [8]. Bourquard et al. Më tej vuri në dukje se përqendrimi i sihm u ul në rendin e sih3, sih2, Si dhe SIH, por përqendrimi i SiH3 ishte më së shumti trefishi i SIH. Robertson et al. Raportohet se në produktet neutrale të sihm, silani i pastër është përdorur kryesisht për shkarkim me fuqi të lartë, ndërsa sih3 është përdorur kryesisht për shkarkim me fuqi të ulët. Rendi i përqendrimit nga i lartë në të ulët ishte SiH3, SiH, Si, SiH2. Prandaj, parametrat e procesit të plazmës ndikojnë fuqishëm në përbërjen e produkteve neutrale sihm.
Përveç reaksioneve të mësipërme të disociimit dhe jonizimit, shumë të rëndësishme janë edhe reaksionet dytësore ndërmjet molekulave jonike.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Prandaj, për sa i përket përqendrimit të joneve, sih3 + është më shumë se sih2 +. Mund të shpjegojë pse ka më shumë jone sih3 + sesa jone sih2 + në plazmën SiH4.
Përveç kësaj, do të ketë një reaksion të përplasjes molekulare të atomit në të cilin atomet e hidrogjenit në plazmë kapin hidrogjenin në SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Është një reaksion ekzotermik dhe një pararendës për formimin e si2h6. Sigurisht, këto grupe nuk janë vetëm në gjendjen bazë, por edhe të ngacmuara në gjendjen e ngacmuar në plazmë. Spektrat e emetimit të plazmës së silanit tregojnë se ekzistojnë gjendje të ngacmuara të tranzicionit optikisht të pranueshme të Si, SIH, h dhe gjendje të ngacmuara vibruese të SiH2, SiH3
Koha e postimit: Prill-07-2021