1. Prosés utama plasma ditingkatkeun déposisi uap kimiawi
Plasma enhanced chemical vapor déposition (PECVD) nyaéta téknologi anyar pikeun tumuwuhna film ipis ku réaksi kimia zat gas kalayan bantuan plasma glow discharge. Kusabab téhnologi PECVD disiapkeun ku ngurangan gas, ciri réaksi plasma non-kasaimbangan anu éféktif garapan, sarta mode suplai énergi sistem réaksi fundamentally robah. Umumna disebutkeun, nalika téhnologi PECVD dipaké pikeun nyiapkeun film ipis, tumuwuhna film ipis utamana ngawengku tilu prosés dasar handap.
Kahiji, dina plasma non-kasaimbangan, éléktron meta jeung gas réaksi dina tahap primér pikeun decompose gas réaksi jeung ngabentuk campuran ion jeung gugus aktip;
Bréh, sagala jinis gugus aktip diffuse sarta ngangkut kana beungeut jeung témbok pilem, sarta réaksi sekundér antara réaktan lumangsung dina waktos anu sareng;
Tungtungna, sagala jinis produk réaksi primér sarta sekundér ngahontal permukaan tumuwuhna adsorbed sarta meta jeung beungeut cai, dipirig ku sékrési ulang molekul gas.
Husus, téhnologi PECVD dumasar kana metoda glow discharge bisa nyieun gas réaksi ionize pikeun ngabentuk plasma dina éksitasi médan éléktromagnétik éksternal. Dina plasma ngurangan glow, énergi kinétik éléktron gancangan ku médan listrik éksternal biasana ngeunaan 10ev, atawa malah leuwih luhur, nu cukup ngancurkeun beungkeut kimia molekul gas réaktif. Ku alatan éta, ngaliwatan tabrakan inelastic éléktron énergi tinggi jeung molekul gas réaktif, molekul gas bakal kaionisasi atawa decomposed pikeun ngahasilkeun atom nétral jeung produk molekular. Ion positip digancangan ku lapisan ion ngagancangkeun médan listrik sareng tabrakan sareng éléktroda luhur. Aya ogé médan listrik lapisan ion leutik deukeut éléktroda handap, jadi substrat ogé bombarded ku ion nepi ka extent sababaraha. Hasilna, zat nétral dihasilkeun ku dékomposisi diffuses kana témbok tube jeung substrat. Dina prosés drift jeung difusi, partikel jeung gugus ieu (atom jeung molekul nétral aktip sacara kimia disebut grup) bakal ngalaman réaksi molekul ion jeung réaksi molekul grup alatan jalur bébas rata pondok. Sipat kimia zat aktif kimiawi (utamana grup) anu ngahontal substrat sarta adsorbed pisan aktif, sarta pilem kabentuk ku interaksi antara aranjeunna.
2. Réaksi kimia dina plasma
Kusabab éksitasi gas réaksi dina prosés pelepasan glow utamina tabrakan éléktron, réaksi dasar dina plasma rupa-rupa, sareng interaksi antara plasma sareng permukaan padet ogé rumit pisan, anu matak hésé diajar mékanisme. prosés PECVD. Sajauh ieu, loba sistem réaksi penting geus dioptimalkeun ku percobaan pikeun ménta pilem kalawan sipat idéal. Pikeun déposisi film ipis dumasar silikon dumasar kana téhnologi PECVD, lamun mékanisme déposisi bisa deeply wangsit, laju déposisi film ipis basis silikon bisa greatly ngaronjat dina premis mastikeun sipat fisik alus teuing tina bahan.
Ayeuna, dina panalungtikan film ipis dumasar silikon, silane éncér hidrogén (SiH4) loba dipaké salaku gas réaksi sabab aya jumlah nu tangtu hidrogén dina film ipis basis silikon. H muterkeun hiji peran pohara penting dina film ipis basis silikon. Bisa ngeusian beungkeut dangling dina struktur bahan, greatly ngurangan tingkat énergi cacad, sarta gampang sadar kadali éléktron valénsi bahan Kusabab tumbak et al. Mimiti sadar pangaruh doping film ipis silikon sarta disiapkeun dina simpang PN munggaran di, panalungtikan ngeunaan persiapan sarta aplikasi film ipis basis silikon dumasar kana téhnologi PECVD geus dimekarkeun ku leaps na bounds. Ku alatan éta, réaksi kimia dina film ipis basis silikon disimpen ku téhnologi PECVD bakal dijelaskeun tur dibahas di handap.
Dina kaayaan ngurangan glow, sabab éléktron dina plasma silane boga leuwih ti sababaraha énergi EV, H2 na SiH4 bakal terurai nalika aranjeunna collided ku éléktron, nu kagolong kana réaksi primér. Lamun urang teu nganggap kaayaan bungah panengah, urang bisa meunangkeun réaksi disosiasi sihm (M = 0,1,2,3) jeung 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)
Numutkeun panas baku produksi molekul kaayaan taneuh, énergi diperlukeun pikeun prosés disosiasi luhur (2.1) ~ (2.5) nyaéta 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV jeung 4.5 EV mungguh. Éléktron énergi anu luhur dina plasma ogé tiasa ngalaman réaksi ionisasi di handap ieu
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)
Énergi anu dipikabutuh pikeun (2.6) ~ (2.9) nyaéta 11.9, 12.3, 13.6 sareng 15.3 EV masing-masing. Kusabab bédana énergi réaksi, kamungkinan (2.1) ~ (2.9) réaksina henteu rata. Sajaba ti éta, sihm kabentuk jeung prosés réaksi (2.1) ~ (2.5) bakal ngalaman réaksi sekundér handap pikeun ionisasi, kayaning:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Upami réaksi di luhur dilaksanakeun ku prosés éléktron tunggal, énergi anu diperyogikeun sakitar 12 eV atanapi langkung. Dina panempoan kanyataan yén jumlah éléktron tinggi-énergi luhur 10ev dina plasma lemah ionized kalawan dénsitas éléktron of 1010cm-3 relatif leutik dina tekanan atmosfir (10-100pa) pikeun persiapan film dumasar silikon, The kumulatif probabiliti ionisasi umumna leuwih leutik batan probabiliti éksitasi. Ku alatan éta, proporsi sanyawa terionisasi luhur dina plasma silane pisan leutik, sarta grup nétral sihm dominan. Hasil analisis spéktrum massa ogé ngabuktikeun kacindekan ieu [8]. Bourquard et al. Satuluyna ditétélakeun yén konsentrasi sihm turun dina urutan sih3, sih2, Si jeung SIH, tapi konsentrasi SiH3 paling loba tilu kali leuwih ti SIH. Robertson et al. Dilaporkeun yén dina produk nétral tina sihm, silane murni ieu utamana dipaké pikeun ngurangan-daya tinggi, sedengkeun sih3 ieu utamana dipaké pikeun ngurangan-daya low. Urutan konsentrasi ti luhur ka handap nyaéta SiH3, SiH, Si, SiH2. Ku alatan éta, parameter prosés plasma mangaruhan pisan komposisi produk nétral sihm.
Salian réaksi disosiasi sareng ionisasi di luhur, réaksi sekundér antara molekul ionik ogé penting pisan.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Ku alatan éta, dina hal konsentrasi ion, sih3 + leuwih ti sih2 +. Bisa ngajelaskeun naha aya leuwih sih3 + ion ti sih2 + ion dina SiH4 plasma.
Salaku tambahan, bakal aya réaksi tumbukan atom molekular dimana atom hidrogén dina plasma nangkep hidrogén dina SiH4.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ieu mangrupa réaksi exothermic sarta prékursor pikeun formasi si2h6. Tangtosna, grup ieu henteu ngan ukur dina kaayaan taneuh, tapi ogé bungah kana kaayaan gumbira dina plasma. Spéktra émisi plasma silane nunjukkeun yén aya kaayaan éksitasi transisi optik Si, SIH, h, sareng kaayaan bungah geter tina SiH2, SiH3.
waktos pos: Apr-07-2021