1. Главни процеси плазма појачаног хемијског таложења паре
Плазма побољшано хемијско таложење паре (ПЕЦВД) је нова технологија за раст танких филмова хемијском реакцијом гасовитих супстанци уз помоћ плазме усијаног пражњења. Пошто се ПЕЦВД технологија припрема гасним пражњењем, реакционе карактеристике неравнотежне плазме се ефикасно користе, а начин снабдевања енергијом реакционог система се суштински мења. Уопштено говорећи, када се ПЕЦВД технологија користи за припрему танких филмова, раст танких филмова углавном укључује следећа три основна процеса
Прво, у неравнотежној плазми, електрони реагују са реакционим гасом у примарној фази да би разложили реакциони гас и формирали мешавину јона и активних група;
Друго, све врсте активних група се дифундују и транспортују на површину и зид филма, а секундарне реакције између реактаната се дешавају у исто време;
Коначно, све врсте примарних и секундарних реакционих производа који доспеју до површине раста се адсорбују и реагују са површином, праћено поновним ослобађањем гасовитих молекула.
Конкретно, ПЕЦВД технологија заснована на методи сјајног пражњења може учинити да реакциони гас јонизује да формира плазму под ексцитацијом спољашњег електромагнетног поља. У плазми усијаног пражњења, кинетичка енергија електрона убрзаних спољашњим електричним пољем је обично око 10ев, или чак и већа, што је довољно да уништи хемијске везе реактивних молекула гаса. Због тога, кроз нееластични судар електрона високе енергије и реактивних молекула гаса, молекули гаса ће бити јонизовани или разложени да би се произвели неутрални атоми и молекуларни производи. Позитивни јони се убрзавају помоћу јонског слоја који убрзава електрично поље и судара се са горњом електродом. У близини доње електроде постоји и мало електрично поље јонског слоја, тако да је и супстрат донекле бомбардован јонима. Као резултат тога, неутрална супстанца настала распадањем дифундује на зид цеви и подлогу. У процесу дрифта и дифузије, ове честице и групе (хемијски активни неутрални атоми и молекули се називају групама) ће због кратког просечног слободног пута бити подвргнути реакцији молекула јона и реакцији групних молекула. Хемијска својства хемијски активних супстанци (углавном група) које доспевају до супстрата и адсорбују се веома су активна, а филм настаје интеракцијом између њих.
2. Хемијске реакције у плазми
Пошто је побуђивање реакционог гаса у процесу усијаног пражњења углавном судар електрона, елементарне реакције у плазми су различите, а интеракција између плазме и чврсте површине је такође веома сложена, што отежава проучавање механизма. процеса ПЕЦВД. До сада су многи важни реакциони системи оптимизовани експериментима за добијање филмова са идеалним својствима. За таложење танких филмова на бази силицијума заснованих на ПЕЦВД технологији, ако се механизам таложења може дубоко открити, стопа таложења танких филмова на бази силицијума може се знатно повећати под претпоставком да се обезбеде одлична физичка својства материјала.
Тренутно, у истраживању танких филмова на бази силицијума, силан разређен водоником (СиХ4) се широко користи као реакциони гас јер постоји одређена количина водоника у танким филмовима на бази силицијума. Х игра веома важну улогу у танким филмовима на бази силицијума. Може попунити висеће везе у структури материјала, у великој мери смањити ниво енергије дефекта и лако остварити контролу валентних електрона материјала Пошто спеар ет ал. Прво схватио ефекат допинга силицијумских танких филмова и припремио први ПН спој у, истраживање о припреми и примени танких филмова на бази силицијума засновано на ПЕЦВД технологији је развијено великим корацима. Стога ће хемијска реакција у танким филмовима на бази силицијума депонованих ПЕЦВД технологијом бити описана и размотрена у наставку.
Под условима светлећег пражњења, пошто електрони у силанској плазми имају више од неколико ЕВ енергије, Х2 и СиХ4 ће се распасти када се сударе са електронима, што припада примарној реакцији. Ако не разматрамо међупобуђена стања, можемо добити следеће реакције дисоцијације сихм (М = 0,1,2,3) са Х
е+СиХ4→СиХ2+Х2+е (2.1)
е+СиХ4→СиХ3+ Х+е (2.2)
е+СиХ4→Си+2Х2+е (2.3)
е+СиХ4→СиХ+Х2+Х+е (2,4)
е+Х2→2Х+е (2,5)
Према стандардној топлоти производње молекула основног стања, енергије потребне за горе наведене процесе дисоцијације (2.1) ~ (2.5) су 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 ЕВ и 4.5 ЕВ респективно. Високоенергетски електрони у плазми такође могу бити подвргнути следећим реакцијама јонизације
е+СиХ4→СиХ2++Х2+2е (2.6)
е+СиХ4→СиХ3++ Х+2е (2,7)
е+СиХ4→Си++2Х2+2е (2.8)
е+СиХ4→СиХ++Х2+Х+2е (2.9)
Енергија потребна за (2.6) ~ (2.9) је 11.9, 12.3, 13.6 и 15.3 ЕВ респективно. Због разлике у енергији реакције, вероватноћа (2.1) ~ (2.9) реакција је веома неуједначена. Поред тога, сим формиран реакционим процесом (2.1) ~ (2.5) ће се подвргнути следећим секундарним реакцијама јонизације, као нпр.
СиХ+е→СиХ++2е (2.10)
СиХ2+е→СиХ2++2е (2.11)
СиХ3+е→СиХ3++2е (2.12)
Ако се горња реакција изводи помоћу процеса са једним електроном, потребна енергија је око 12 еВ или више. С обзиром на чињеницу да је број високоенергетских електрона изнад 10ев у слабо јонизованој плазми са густином електрона од 1010цм-3 релативно мали под атмосферским притиском (10-100па) за припрему филмова на бази силицијума, кумулативно вероватноћа јонизације је генерално мања од вероватноће ексцитације. Због тога је удео горе наведених јонизованих једињења у силанској плазми веома мали, а неутрална група сихм је доминантна. Резултати анализе масеног спектра такође потврђују овај закључак [8]. Боуркуард и др. Даље је истакао да се концентрација сихм смањила по реду сих3, сих2, Си и СИХ, али је концентрација СиХ3 била највише три пута већа од СИХ. Робертсон ет ал. Пријављено је да се у неутралним производима сихм-а чисти силан углавном користи за пражњење велике снаге, док се сих3 углавном користи за пражњење мале снаге. Редослед концентрације од високе до ниске био је СиХ3, СиХ, Си, СиХ2. Дакле, параметри процеса плазме снажно утичу на састав сихм неутралних производа.
Поред наведених реакција дисоцијације и јонизације, веома су важне и секундарне реакције између јонских молекула.
СиХ2＋+СиХ4→СиХ3++СиХ3 (2,13)
Дакле, у смислу концентрације јона, сих3 + је више од сих2 +. То може објаснити зашто у СиХ4 плазми има више јона сих3 + него сих2 + јона.
Поред тога, доћи ће до реакције судара молекуларних атома у којој атоми водоника у плазми хватају водоник у СиХ4
Х+ СиХ4→СиХ3+Х2 (2,14)
То је егзотермна реакција и прекурсор за формирање си2х6. Наравно, ове групе нису само у основном стању, већ су и побуђене до побуђеног стања у плазми. Емисиони спектри силанске плазме показују да постоје оптички прихватљива прелазна побуђена стања Си, СИХ, х и вибрационо побуђена стања СиХ2, СиХ3
Време поста: 07.04.2021