1. Плазманың төп процесслары көчәйтелгән химик пар парламенты
Плазманы көчәйтелгән химик пар парламенты (PECVD) - газлы матдәләрнең химик реакциясе ярдәмендә нечкә пленкаларның үсүе өчен яңа технология, ялтыравыклы плазма ярдәмендә. PECVD технологиясе газ чыгару белән әзерләнгәнгә, тигез булмаган плазманың реакция характеристикалары эффектив кулланыла, һәм реакция системасының энергия белән тәэмин итү режимы тамырдан үзгәртелә. Гомумән алганда, PECVD технологиясе нечкә фильмнар әзерләгәндә кулланылганда, нечкә фильмнарның үсеше нигездә түбәндәге өч төп процессны үз эченә ала.
Беренчедән, тигез булмаган плазмада электроннар реакция газы белән реакция ясыйлар, реакция газын таркаталар һәм ионнар һәм актив төркемнәр катнашмасын ясыйлар;
Икенчедән, барлык төр актив төркемнәр таралалар һәм фильм өслегенә һәм диварына ташылалар, һәм реакторлар арасында икенчел реакцияләр бер үк вакытта була;
Ниһаять, үсеш өслегенә җиткән барлык төр башлангыч һәм икенчел реакция продуктлары adsorbed һәм газ молекулаларының яңадан чыгарылуы белән бергә реакцияләнә.
Аерым алганда, ялтырату ысулы нигезендә PECVD технологиясе реакция газын тышкы электромагнит кыры дулкыны астында плазма формалаштырырга мөмкин. Якты агызу плазмасында, тышкы электр кыры белән тизләтелгән электроннарның кинетик энергиясе, гадәттә, 10ев, яки хәтта югарырак, бу реактив газ молекулаларының химик бәйләнешләрен юк итү өчен җитә. Шуңа күрә, югары энергияле электроннарның һәм реактив газ молекулаларының инеластик бәрелеше аркасында газ молекулалары ионлаштырылачак яки нейтраль атомнар һәм молекуляр продуктлар чыгару өчен таркалачак. Позитив ионнар электр кырын тизләтә торган ион катламы белән тизләнәләр һәм өске электрод белән бәрелешәләр. Түбән электрод янында кечкенә ион катламы электр кыры да бар, шуңа күрә субстрат шулай ук ионнар белән бомбардировать ителә. Нәтиҗәдә, черүдән ясалган нейтраль матдә труба стенасына һәм субстратка тарала. Дрифт һәм диффузия процессында бу кисәкчәләр һәм төркемнәр (химик актив нейтраль атомнар һәм молекулалар төркемнәр дип атала) кыска уртача ирекле юл аркасында ион молекуласы реакциясен һәм төркем молекуласы реакциясен кичерәчәкләр. Химик актив матдәләрнең (нигездә төркемнәр) субстратка барып җиткән һәм adsorbed булган химик үзлекләре бик актив, һәм фильм алар арасындагы үзара бәйләнештә барлыкка килә.
2. Плазмадагы химик реакцияләр
Яктырту процессындагы реакция газының дулкынлануы, нигездә, электрон бәрелеш булганлыктан, плазмадагы башлангыч реакцияләр төрле, һәм плазма белән каты өслек арасындагы үзара тәэсир итү дә бик катлаулы, бу механизмны өйрәнүне кыенлаштыра. PECVD процессы. Әлегә идеаль характерлы фильмнар алу өчен экспериментлар ярдәмендә бик мөһим реакция системалары оптимальләштерелгән. PECVD технологиясе нигезендә кремний нигезендәге нечкә фильмнарны чүпләү өчен, чүпләү механизмы тирән ачылса, материалларның искиткеч физик үзлекләрен тәэмин итү шартларында кремний нигезендәге нечкә пленкаларның чүпләнү дәрәҗәсе зурайырга мөмкин.
Хәзерге вакытта кремний нигезендәге нечкә фильмнарны тикшергәндә, водород эретелгән силан (SiH4) реакция газы буларак киң кулланыла, чөнки кремний нигезендәге нечкә пленкаларда билгеле күләмдә водород бар. Кремний нигезендәге нечкә фильмнарда H бик мөһим роль уйный. Ул материаль структурадагы бәйләнешләрне тутыра ала, җитешсезлек энергия дәрәҗәсен киметә, һәм материалларның валентлы электрон контролен сөңге һ.б. Башта кремний нечкә фильмнарның допинг эффектын аңладылар һәм беренче PN чишелешен әзерләделәр, PECVD технологиясе нигезендә кремний нигезендәге нечкә фильмнарны әзерләү һәм куллану буенча тикшеренүләр сикерүләр һәм чикләр белән эшләнде. Шуңа күрә, PECVD технологиясе белән урнаштырылган кремний нигезендәге нечкә фильмнардагы химик реакция түбәндә сурәтләнәчәк һәм тикшереләчәк.
Яктырту шартларында, силан плазмасындагы электроннарның берничә ЕВ энергиясе булганга, H2 һәм SiH4 беренчел реакциягә караган электроннар белән бәрелешкәндә таркалачак. Әгәр дә без арада дулкынланган хәлләрне санамасак, сихмның (M = 0,1,2,3) H белән түбәндәге аерылу реакцияләрен ала алабыз.
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)
Groundирдәге дәүләт молекулаларын җитештерүнең стандарт җылылыгы буенча, югарыдагы аерылу процесслары өчен кирәк булган энергияләр (2,1) ~ (2,5) тиешенчә 2,1, 4.1, 4.4, 5.9 ЕВ һәм 4,5 ЕВ. Плазмадагы югары энергия электроннары шулай ук түбәндәге ионлаштыру реакцияләрен кичерергә мөмкин
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) өчен кирәк булган энергия 11,9, 12.3, 13,6 һәм 15.3 ЕВ. Реакция энергиясенең аермасы аркасында (2.1) ~ (2.9) реакция ихтималы бик тигез түгел. Моннан тыш, реакция процессы (2.1) ~ (2,5) белән формалашкан сихм ионлаштыру өчен түбәндәге икенчел реакцияләрне кичерәчәк, мәсәлән.
SiH + e → SiH ++ 2e (2.10)
SiH2 + e → SiH2 ++ 2e (2.11)
SiH3 + e → SiH3 ++ 2e (2.12)
Әгәр дә югарыдагы реакция бер электрон процесс ярдәмендә башкарылса, кирәкле энергия якынча 12 eV яки аннан да күбрәк. 1010см-3 электрон тыгызлыгы булган зәгыйфь ионлаштырылган плазмада югары энергияле электроннар саны 1010 см-3 булганлыктан, кремнийга нигезләнгән фильмнар әзерләү өчен атмосфера басымы (10-100па) чагыштырмача аз. ионлаштыру ихтималы, гадәттә, дулкынлану ихтималыннан кечерәк. Шуңа күрә, силан плазмасында югарыдагы ионлаштырылган кушылмаларның өлеше бик аз, һәм сихмның нейтраль төркеме өстенлек итә. Масса спектрын анализлау нәтиҗәләре дә бу нәтиҗәне раслый [8]. Буркард һ.б. Алга таба sihm концентрациясе sih3, sih2, Si һәм SIH тәртибендә кимегәнен күрсәттеләр, ләкин SiH3 концентрациясе SIHныкыннан өч тапкыр күбрәк иде. Робертсон һ.б. Билгеле булганча, сихмның нейтраль продуктларында саф силан, нигездә, югары көчле агызу өчен кулланылган, ә sih3 нигездә аз энергияле агызу өчен кулланылган. Highгарыдан түбәнгә концентрация тәртибе SiH3, SiH, Si, SiH2 иде. Шуңа күрә, плазма процесс параметрлары сихм нейтраль продуктлар составына нык тәэсир итә.
Aboveгарыдагы аерылу һәм ионлаштыру реакцияләренә өстәп, ион молекулалары арасындагы икенчел реакцияләр дә бик мөһим
SiH2 ＋+ SiH4 → SiH3 ++ SiH3 (2.13)
Шуңа күрә, ион концентрациясе ягыннан sih3 + sih2 + тан күбрәк. Ни өчен SiH4 плазмасында sih2 + ионнарына караганда sih3 + ионнары күбрәк булуын аңлатырга мөмкин.
Моннан тыш, молекуляр атом бәрелеше реакциясе булачак, анда плазмадагы водород атомнары SiH4 водородны тота
H + SiH4 → SiH3 + H2 (2.14)
Бу экзотермик реакция һәм si2h6 формалашу өчен прекурсор. Әлбәттә, бу төркемнәр җир хәлендә генә түгел, плазмадагы дулкынланган хәлгә дә дулкынланалар. Силан плазмасының эмиссия спектры Si, SIH, h, һәм SiH2, SiH3 тибрәнгән дулкынландыргыч халәтләрнең оптик кабул ителүен күрсәтә.
Пост вакыты: 07-2021 апрель