1. Pangunahing proseso ng plasma pinahusay na chemical vapor deposition
Ang plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) ay isang bagong teknolohiya para sa paglaki ng mga manipis na pelikula sa pamamagitan ng kemikal na reaksyon ng mga gaseous substance sa tulong ng glow discharge plasma. Dahil ang teknolohiya ng PECVD ay inihanda sa pamamagitan ng paglabas ng gas, ang mga katangian ng reaksyon ng non-equilibrium na plasma ay epektibong ginagamit, at ang paraan ng supply ng enerhiya ng sistema ng reaksyon ay binago sa panimula. Sa pangkalahatan, kapag ang teknolohiya ng PECVD ay ginagamit upang maghanda ng mga manipis na pelikula, ang paglaki ng mga manipis na pelikula ay pangunahing kasama ang sumusunod na tatlong pangunahing proseso
Una, sa non-equilibrium plasma, ang mga electron ay tumutugon sa reaksyong gas sa pangunahing yugto upang mabulok ang reaksyong gas at bumuo ng pinaghalong mga ion at aktibong grupo;
Pangalawa, ang lahat ng mga uri ng mga aktibong grupo ay nagkakalat at dinadala sa ibabaw at sa dingding ng pelikula, at ang pangalawang reaksyon sa pagitan ng mga reactant ay nangyayari nang sabay-sabay;
Sa wakas, ang lahat ng mga uri ng pangunahin at pangalawang mga produkto ng reaksyon na umaabot sa ibabaw ng paglago ay na-adsorbed at tumutugon sa ibabaw, na sinamahan ng muling paglabas ng mga molekulang gas.
Sa partikular, ang teknolohiya ng PECVD batay sa paraan ng glow discharge ay maaaring gawing ionize ang reaksyon ng gas upang bumuo ng plasma sa ilalim ng paggulo ng panlabas na electromagnetic field. Sa glow discharge plasma, ang kinetic energy ng mga electron na pinabilis ng panlabas na electric field ay karaniwang humigit-kumulang 10ev, o mas mataas pa, na sapat na upang sirain ang mga kemikal na bono ng mga reaktibong molekula ng gas. Samakatuwid, sa pamamagitan ng hindi nababanat na banggaan ng mga electron na may mataas na enerhiya at mga reaktibong molekula ng gas, ang mga molekula ng gas ay magiging ionized o mabubulok upang makabuo ng mga neutral na atomo at mga produktong molekular. Ang mga positibong ion ay pinabilis ng layer ng ion na nagpapabilis ng electric field at bumangga sa itaas na elektrod. Mayroon ding isang maliit na ion layer electric field malapit sa mas mababang elektrod, kaya ang substrate ay binomba din ng mga ion sa ilang lawak. Bilang resulta, ang neutral na sangkap na ginawa ng agnas ay nagkakalat sa dingding ng tubo at substrate. Sa proseso ng drift at diffusion, ang mga particle at grupong ito (ang chemically active neutral atoms at molecules ay tinatawag na mga grupo) ay sasailalim sa ion molecule reaction at group molecule reaction dahil sa maikling average na libreng landas. Ang mga kemikal na katangian ng mga kemikal na aktibong sangkap (pangunahin ang mga grupo) na umaabot sa substrate at na-adsorbed ay napakaaktibo, at ang pelikula ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila.
2. Mga reaksiyong kemikal sa plasma
Dahil ang paggulo ng reaksyon ng gas sa proseso ng paglabas ng glow ay pangunahing banggaan ng elektron, ang mga elementarya na reaksyon sa plasma ay iba-iba, at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng plasma at solidong ibabaw ay napakasalimuot din, na ginagawang mas mahirap pag-aralan ang mekanismo. ng proseso ng PECVD. Sa ngayon, maraming mahahalagang sistema ng reaksyon ang na-optimize ng mga eksperimento upang makakuha ng mga pelikulang may perpektong katangian. Para sa deposition ng mga silicon-based thin films batay sa PECVD technology, kung ang deposition mechanism ay maaaring malalim na maihayag, ang deposition rate ng silicon-based thin films ay maaaring tumaas nang malaki sa premise ng pagtiyak ng mahusay na pisikal na katangian ng mga materyales.
Sa kasalukuyan, sa pananaliksik ng mga manipis na pelikula na nakabatay sa silikon, ang hydrogen diluted silane (SiH4) ay malawakang ginagamit bilang reaksyong gas dahil mayroong isang tiyak na halaga ng hydrogen sa mga manipis na pelikula na nakabatay sa silikon. Ang H ay gumaganap ng napakahalagang papel sa mga manipis na pelikula na nakabatay sa silikon. Maaari nitong punan ang mga nakabitin na mga bono sa materyal na istraktura, lubos na bawasan ang antas ng enerhiya ng depekto, at madaling mapagtanto ang kontrol ng valence electron ng mga materyales Since spear et al. Unang napagtanto ang epekto ng doping ng mga silikon na manipis na pelikula at inihanda ang unang PN junction sa, ang pananaliksik sa paghahanda at aplikasyon ng mga manipis na pelikula na nakabatay sa silikon batay sa teknolohiya ng PECVD ay binuo nang mabilis. Samakatuwid, ang kemikal na reaksyon sa mga manipis na pelikula na nakabatay sa silikon na idineposito ng teknolohiya ng PECVD ay ilalarawan at tatalakayin sa mga sumusunod.
Sa ilalim ng kondisyon ng glow discharge, dahil ang mga electron sa silane plasma ay may higit sa ilang EV na enerhiya, ang H2 at SiH4 ay mabubulok kapag sila ay nabangga ng mga electron, na kabilang sa pangunahing reaksyon. Kung hindi natin isasaalang-alang ang intermediate excited states, makukuha natin ang mga sumusunod na dissociation reactions ng sihm (M = 0,1,2,3) na may 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)
Ayon sa karaniwang init ng produksyon ng mga molekula ng ground state, ang mga enerhiya na kinakailangan para sa mga proseso ng dissociation sa itaas (2.1) ~ (2.5) ay 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV at 4.5 EV ayon sa pagkakabanggit. Ang mga electron ng mataas na enerhiya sa plasma ay maaari ding sumailalim sa mga sumusunod na reaksyon ng ionization
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)
Ang enerhiya na kinakailangan para sa (2.6) ~ (2.9) ay 11.9, 12.3, 13.6 at 15.3 EV ayon sa pagkakabanggit. Dahil sa pagkakaiba ng enerhiya ng reaksyon, ang posibilidad ng (2.1) ~ (2.9) na mga reaksyon ay lubhang hindi pantay. Bilang karagdagan, ang sihm na nabuo sa proseso ng reaksyon (2.1) ~ (2.5) ay sasailalim sa mga sumusunod na pangalawang reaksyon sa pag-ionize, tulad ng
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Kung ang reaksyon sa itaas ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang proseso ng elektron, ang kinakailangang enerhiya ay humigit-kumulang 12 eV o higit pa. Sa view ng katotohanan na ang bilang ng mga high-energy electron sa itaas 10ev sa mahinang ionized plasma na may electron density ng 1010cm-3 ay medyo maliit sa ilalim ng atmospheric pressure (10-100pa) para sa paghahanda ng mga pelikulang nakabatay sa silikon, Ang pinagsama-samang Ang posibilidad ng ionization ay karaniwang mas maliit kaysa sa posibilidad ng paggulo. Samakatuwid, ang proporsyon ng mga ionized compound sa itaas sa silane plasma ay napakaliit, at ang neutral na grupo ng sihm ay nangingibabaw. Ang mga resulta ng mass spectrum analysis ay nagpapatunay din sa konklusyong ito [8]. Bourquard et al. Dagdag na itinuro na ang konsentrasyon ng sihm ay nabawasan sa pagkakasunud-sunod ng sih3, sih2, Si at SIH, ngunit ang konsentrasyon ng SiH3 ay higit sa tatlong beses kaysa sa SIH. Robertson et al. Iniulat na sa mga neutral na produkto ng sihm, ang purong silane ay pangunahing ginagamit para sa high-power discharge, habang ang sih3 ay pangunahing ginagamit para sa low-power discharge. Ang pagkakasunud-sunod ng konsentrasyon mula sa mataas hanggang sa mababa ay SiH3, SiH, Si, SiH2. Samakatuwid, ang mga parameter ng proseso ng plasma ay malakas na nakakaapekto sa komposisyon ng mga neutral na produkto ng sihm.
Bilang karagdagan sa mga reaksyon sa dissociation at ionization sa itaas, ang pangalawang reaksyon sa pagitan ng mga ionic na molekula ay napakahalaga din.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Samakatuwid, sa mga tuntunin ng konsentrasyon ng ion, ang sih3 + ay higit sa sih2 +. Maaari nitong ipaliwanag kung bakit mas maraming sih3 + ions kaysa sih2 + ions sa SiH4 plasma.
Bilang karagdagan, magkakaroon ng molecular atom collision reaction kung saan kinukuha ng mga hydrogen atoms sa plasma ang hydrogen sa SiH4.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ito ay isang exothermic reaction at isang precursor para sa pagbuo ng si2h6. Siyempre, ang mga pangkat na ito ay hindi lamang nasa ground state, ngunit nasasabik din sa nasasabik na estado sa plasma. Ang emission spectra ng silane plasma ay nagpapakita na mayroong optically admissible transition excited states ng Si, SIH, h, at vibrational excited states ng SiH2, SiH3
Oras ng post: Abr-07-2021