ప్లాస్మా మెరుగైన రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (PECVD) యొక్క ప్రాథమిక సాంకేతికత

1. ప్లాస్మా మెరుగైన రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ యొక్క ప్రధాన ప్రక్రియలు

ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (PECVD) అనేది గ్లో డిశ్చార్జ్ ప్లాస్మా సహాయంతో వాయు పదార్థాల రసాయన ప్రతిచర్య ద్వారా సన్నని పొరల పెరుగుదలకు కొత్త సాంకేతికత. PECVD సాంకేతికత గ్యాస్ డిశ్చార్జ్ ద్వారా తయారు చేయబడినందున, సమతుల్యత లేని ప్లాస్మా యొక్క ప్రతిచర్య లక్షణాలు సమర్థవంతంగా ఉపయోగించబడతాయి మరియు ప్రతిచర్య వ్యవస్థ యొక్క శక్తి సరఫరా విధానం ప్రాథమికంగా మార్చబడింది. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, సన్నని ఫిల్మ్‌లను సిద్ధం చేయడానికి PECVD సాంకేతికతను ఉపయోగించినప్పుడు, సన్నని ఫిల్మ్‌ల పెరుగుదల ప్రధానంగా క్రింది మూడు ప్రాథమిక ప్రక్రియలను కలిగి ఉంటుంది

ముందుగా, సమతౌల్యత లేని ప్లాస్మాలో, ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతిచర్య వాయువును ప్రాథమిక దశలో రియాక్షన్ గ్యాస్‌తో చర్య జరిపి, ప్రతిచర్య వాయువును కుళ్ళిపోయి అయాన్లు మరియు క్రియాశీల సమూహాల మిశ్రమాన్ని ఏర్పరుస్తాయి;

రెండవది, అన్ని రకాల క్రియాశీల సమూహాలు చలనచిత్రం యొక్క ఉపరితలం మరియు గోడకు వ్యాప్తి చెందుతాయి మరియు రవాణా చేస్తాయి మరియు ప్రతిచర్యల మధ్య ద్వితీయ ప్రతిచర్యలు ఒకే సమయంలో జరుగుతాయి;

చివరగా, పెరుగుదల ఉపరితలం చేరే అన్ని రకాల ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ ప్రతిచర్య ఉత్పత్తులు శోషించబడతాయి మరియు వాయు అణువుల పునః విడుదలతో పాటు ఉపరితలంతో ప్రతిస్పందిస్తాయి.

ప్రత్యేకించి, గ్లో డిశ్చార్జ్ పద్ధతిపై ఆధారపడిన PECVD సాంకేతికత బాహ్య విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ప్రేరేపణలో ప్లాస్మాను ఏర్పరచడానికి ప్రతిచర్య వాయువును అయనీకరణం చేస్తుంది. గ్లో డిశ్చార్జ్ ప్లాస్మాలో, బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా వేగవంతం చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ల గతిశక్తి సాధారణంగా 10ev లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఉంటుంది, ఇది రియాక్టివ్ గ్యాస్ అణువుల రసాయన బంధాలను నాశనం చేయడానికి సరిపోతుంది. అందువల్ల, అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రియాక్టివ్ గ్యాస్ అణువుల అస్థిర తాకిడి ద్వారా, తటస్థ అణువులు మరియు పరమాణు ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేయడానికి గ్యాస్ అణువులు అయనీకరణం చేయబడతాయి లేదా కుళ్ళిపోతాయి. ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌ను వేగవంతం చేసే అయాన్ పొర ద్వారా సానుకూల అయాన్లు వేగవంతం చేయబడతాయి మరియు ఎగువ ఎలక్ట్రోడ్‌తో ఢీకొంటాయి. దిగువ ఎలక్ట్రోడ్ సమీపంలో ఒక చిన్న అయాన్ పొర విద్యుత్ క్షేత్రం కూడా ఉంది, కాబట్టి ఉపరితలం కూడా కొంత వరకు అయాన్లచే బాంబు దాడి చేయబడుతుంది. ఫలితంగా, కుళ్ళిపోవడం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన తటస్థ పదార్ధం ట్యూబ్ గోడ మరియు ఉపరితలానికి వ్యాపిస్తుంది. చలనం మరియు వ్యాప్తి ప్రక్రియలో, ఈ కణాలు మరియు సమూహాలు (రసాయనపరంగా క్రియాశీల తటస్థ అణువులు మరియు అణువులను సమూహాలు అంటారు) తక్కువ సగటు ఉచిత మార్గం కారణంగా అయాన్ అణువు ప్రతిచర్య మరియు సమూహ అణువుల ప్రతిచర్యకు లోనవుతాయి. రసాయన చురుకైన పదార్ధాల (ప్రధానంగా సమూహాలు) యొక్క రసాయన లక్షణాలు ఉపరితలానికి చేరుకుంటాయి మరియు శోషించబడతాయి మరియు వాటి మధ్య పరస్పర చర్య ద్వారా చలనచిత్రం ఏర్పడుతుంది.

2. ప్లాస్మాలో రసాయన ప్రతిచర్యలు

గ్లో ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో ప్రతిచర్య వాయువు యొక్క ఉత్తేజితం ప్రధానంగా ఎలక్ట్రాన్ తాకిడి, ప్లాస్మాలోని ప్రాథమిక ప్రతిచర్యలు భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు ప్లాస్మా మరియు ఘన ఉపరితలం మధ్య పరస్పర చర్య కూడా చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది, ఇది యంత్రాంగాన్ని అధ్యయనం చేయడం మరింత కష్టతరం చేస్తుంది. PECVD ప్రక్రియ. ఇప్పటివరకు, అనేక ముఖ్యమైన ప్రతిచర్య వ్యవస్థలు ఆదర్శ లక్షణాలతో చలనచిత్రాలను పొందేందుకు ప్రయోగాల ద్వారా ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి. PECVD సాంకేతికతపై ఆధారపడిన సిలికాన్-ఆధారిత సన్నని చలనచిత్రాల నిక్షేపణ కోసం, నిక్షేపణ యంత్రాంగాన్ని లోతుగా వెల్లడించగలిగితే, పదార్థాల యొక్క అద్భుతమైన భౌతిక లక్షణాలను నిర్ధారించే ఆవరణలో సిలికాన్-ఆధారిత సన్నని చలనచిత్రాల నిక్షేపణ రేటును బాగా పెంచవచ్చు.

ప్రస్తుతం, సిలికాన్ ఆధారిత సన్నని ఫిల్మ్‌ల పరిశోధనలో, హైడ్రోజన్ డైల్యూటెడ్ సిలేన్ (SiH4) అనేది ప్రతిచర్య వాయువుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది, ఎందుకంటే సిలికాన్ ఆధారిత సన్నని ఫిల్మ్‌లలో కొంత మొత్తంలో హైడ్రోజన్ ఉంటుంది. సిలికాన్ ఆధారిత సన్నని చలనచిత్రాలలో H చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది. ఇది మెటీరియల్ స్ట్రక్చర్‌లోని డాంగ్లింగ్ బాండ్‌లను పూరించగలదు, లోపం శక్తి స్థాయిని బాగా తగ్గిస్తుంది మరియు స్పియర్ మరియు ఇతరుల నుండి పదార్థాల వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ నియంత్రణను సులభంగా గ్రహించగలదు. మొదట సిలికాన్ థిన్ ఫిల్మ్‌ల డోపింగ్ ప్రభావాన్ని గ్రహించి, మొదటి PN జంక్షన్‌ను సిద్ధం చేసింది, PECVD టెక్నాలజీ ఆధారంగా సిలికాన్ ఆధారిత సన్నని ఫిల్మ్‌ల తయారీ మరియు అప్లికేషన్‌పై పరిశోధన చాలా వేగంగా అభివృద్ధి చేయబడింది. అందువల్ల, PECVD సాంకేతికత ద్వారా జమ చేయబడిన సిలికాన్-ఆధారిత సన్నని చలనచిత్రాలలో రసాయన ప్రతిచర్య క్రింది వాటిలో వివరించబడుతుంది మరియు చర్చించబడుతుంది.

గ్లో డిశ్చార్జ్ పరిస్థితిలో, సిలేన్ ప్లాస్మాలోని ఎలక్ట్రాన్లు అనేక EV శక్తిని కలిగి ఉన్నందున, H2 మరియు SiH4 ఎలక్ట్రాన్లచే ఢీకొన్నప్పుడు అవి కుళ్ళిపోతాయి, ఇది ప్రాథమిక ప్రతిచర్యకు చెందినది. మేము ఇంటర్మీడియట్ ఉత్తేజిత స్థితులను పరిగణించకపోతే, మేము H తో సిహ్మ్ (M = 0,1,2,3) యొక్క క్రింది డిస్సోసియేషన్ ప్రతిచర్యలను పొందవచ్చు

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)

గ్రౌండ్ స్టేట్ మాలిక్యూల్స్ ఉత్పత్తి యొక్క ప్రామాణిక ఉష్ణం ప్రకారం, పై డిస్సోసియేషన్ ప్రక్రియలకు అవసరమైన శక్తులు (2.1) ~ (2.5) వరుసగా 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV మరియు 4.5 EV. ప్లాస్మాలోని అధిక శక్తి ఎలక్ట్రాన్లు క్రింది అయనీకరణ ప్రతిచర్యలకు లోనవుతాయి

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)కి అవసరమైన శక్తి వరుసగా 11.9, 12.3, 13.6 మరియు 15.3 EV. ప్రతిచర్య శక్తి యొక్క వ్యత్యాసం కారణంగా, (2.1) ~ (2.9) ప్రతిచర్యల సంభావ్యత చాలా అసమానంగా ఉంటుంది. అదనంగా, ప్రతిచర్య ప్రక్రియ (2.1) ~ (2.5)తో ఏర్పడిన సిహ్మ్ అయనీకరణం చేయడానికి క్రింది ద్వితీయ ప్రతిచర్యలకు లోనవుతుంది,

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

పై ప్రతిచర్య ఒకే ఎలక్ట్రాన్ ప్రక్రియ ద్వారా నిర్వహించబడితే, అవసరమైన శక్తి 12 eV లేదా అంతకంటే ఎక్కువ. 1010cm-3 ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రతతో బలహీనంగా అయనీకరణం చేయబడిన ప్లాస్మాలో 10ev పైన ఉన్న అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య, సిలికాన్ ఆధారిత చలనచిత్రాల తయారీకి వాతావరణ పీడనం (10-100pa) కింద చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. అయనీకరణ సంభావ్యత సాధారణంగా ఉత్తేజిత సంభావ్యత కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, సిలేన్ ప్లాస్మాలో పైన పేర్కొన్న అయనీకరణం చేయబడిన సమ్మేళనాల నిష్పత్తి చాలా తక్కువగా ఉంటుంది మరియు సిహ్మ్ యొక్క తటస్థ సమూహం ప్రబలంగా ఉంటుంది. మాస్ స్పెక్ట్రమ్ విశ్లేషణ ఫలితాలు కూడా ఈ తీర్మానాన్ని రుజువు చేస్తున్నాయి [8]. బౌర్‌క్వార్డ్ మరియు ఇతరులు. sih3, sih2, Si మరియు SIH క్రమంలో sihm యొక్క ఏకాగ్రత తగ్గిందని, అయితే SiH3 యొక్క ఏకాగ్రత SIH కంటే మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉందని సూచించబడింది. రాబర్ట్‌సన్ మరియు ఇతరులు. సిహ్మ్ యొక్క తటస్థ ఉత్పత్తులలో, స్వచ్ఛమైన సిలేన్ ప్రధానంగా అధిక-శక్తి ఉత్సర్గ కోసం ఉపయోగించబడుతుందని నివేదించబడింది, అయితే sih3 ప్రధానంగా తక్కువ-శక్తి ఉత్సర్గ కోసం ఉపయోగించబడింది. అధిక నుండి తక్కువ వరకు ఏకాగ్రత క్రమం SiH3, SiH, Si, SiH2. అందువల్ల, ప్లాస్మా ప్రక్రియ పారామితులు సిహ్మ్ తటస్థ ఉత్పత్తుల కూర్పును బలంగా ప్రభావితం చేస్తాయి.

పై డిస్సోసియేషన్ మరియు అయనీకరణ ప్రతిచర్యలతో పాటు, అయానిక్ అణువుల మధ్య ద్వితీయ ప్రతిచర్యలు కూడా చాలా ముఖ్యమైనవి.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

కాబట్టి, అయాన్ గాఢత పరంగా, sih3 + sih2 + కంటే ఎక్కువ. SiH4 ప్లాస్మాలో sih2 + అయాన్ల కంటే ఎక్కువ sih3 + అయాన్లు ఎందుకు ఉన్నాయో ఇది వివరించగలదు.

అదనంగా, ప్లాస్మాలోని హైడ్రోజన్ పరమాణువులు SiH4లో హైడ్రోజన్‌ను సంగ్రహించే పరమాణు పరమాణువు తాకిడి ప్రతిచర్య ఉంటుంది.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

ఇది ఎక్సోథర్మిక్ రియాక్షన్ మరియు si2h6 ఏర్పడటానికి పూర్వగామి. వాస్తవానికి, ఈ సమూహాలు గ్రౌండ్ స్టేట్‌లో మాత్రమే కాకుండా, ప్లాస్మాలో ఉత్తేజిత స్థితికి కూడా ఉత్సాహంగా ఉంటాయి. సిలేన్ ప్లాస్మా యొక్క ఉద్గార వర్ణపటం Si, SIH, h మరియు SiH2, SiH3 యొక్క వైబ్రేషనల్ ఉత్తేజిత స్థితుల యొక్క ఆప్టికల్‌గా అనుమతించదగిన పరివర్తన ఉత్తేజిత స్థితులు ఉన్నాయని చూపిస్తుంది.