پلازمانىڭ ئاساسلىق تېخنىكىسى خىمىيىلىك ھور چۆكۈشنى كۈچەيتتى (PECVD)

1. پلازمانىڭ ئاساسلىق جەريانلىرى خىمىيىلىك ھورنىڭ چۆكۈشىنى كۈچەيتتى

پلازما كۈچەيتىلگەن خىمىيىلىك پارنىڭ چۆكۈشى (PECVD) پارقىراق قويۇپ بېرىش پلازمىسىنىڭ ياردىمىدە گاز ماددىلىرىنىڭ خىمىيىلىك رېئاكسىيەسى ئارقىلىق نېپىز پەردىلەرنىڭ ئۆسۈشىدىكى يېڭى تېخنىكا. PECVD تېخنىكىسى گاز قويۇپ بېرىش ئارقىلىق تەييارلانغان بولغاچقا ، تەڭپۇڭسىز پلازمانىڭ رېئاكسىيە ئالاھىدىلىكى ئۈنۈملۈك قوللىنىلىدۇ ، رېئاكسىيە سىستېمىسىنىڭ ئېنېرگىيە بىلەن تەمىنلەش شەكلى تۈپتىن ئۆزگەردى. ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا ، PECVD تېخنىكىسى نېپىز پەردە تەييارلاشقا ئىشلىتىلگەندە ، نېپىز پەردىلەرنىڭ ئۆسۈشى ئاساسلىقى تۆۋەندىكى ئۈچ ئاساسىي جەرياننى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.

بىرىنچىدىن ، تەڭپۇڭسىز پلازما ئىچىدە ئېلېكترونلار دەسلەپكى باسقۇچتىكى رېئاكسىيە گازى بىلەن رېئاكسىيە گازىنى پارچىلاپ ، ئىئون ۋە ئاكتىپ گۇرۇپپىلارنىڭ ئارىلاشمىسىنى ھاسىل قىلىدۇ.

ئىككىنچىدىن ، ھەر خىل ئاكتىپ گۇرۇپپىلار تارقىلىپ ، فىلىمنىڭ يۈزى ۋە تېمىغا يۆتكىلىدۇ ، رېئاكتورلار ئارىسىدىكى ئىككىلەمچى ئىنكاسلار بىرلا ۋاقىتتا يۈز بېرىدۇ.

ئاخىرىدا ، ئۆسۈپ يېتىلىش يۈزىگە يەتكەن ھەر خىل دەسلەپكى ۋە ئىككىلەمچى رېئاكسىيە مەھسۇلاتلىرى ئېلان قىلىنىپ ، يەر يۈزى بىلەن ئىنكاس قايتۇرىدۇ ، بۇ گاز مولېكۇلالىرىنىڭ قايتا قويۇپ بېرىلىشىگە ئەگىشىپ.

كونكېرت قىلىپ ئېيتقاندا ، پارقىراق قويۇپ بېرىش ئۇسۇلىنى ئاساس قىلغان PECVD تېخنىكىسى تاشقى ئېلېكتر ماگنىت مەيدانىنىڭ ھاياجانلىنىشىدا رېئاكسىيە گازىنى ئىئونلاشتۇرۇپ پلازما ھاسىل قىلالايدۇ. پارقىراق قويۇپ بېرىش پلازمىسىدا ، ئېلېكترونلارنىڭ سىرتقى ئېلېكتر مەيدانى تېزلىتىدىغان ھەرىكەت ئېنېرگىيىسى ئادەتتە 10ev ئەتراپىدا ، ھەتتا ئۇنىڭدىنمۇ يۇقىرى بولىدۇ ، بۇ رېئاكتىپلىق مولېكۇلانىڭ خىمىيىلىك رىشتىنى يوقىتىشقا يېتىدۇ. شۇڭلاشقا ، يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك ئېلېكترونلار ۋە رېئاكتىپلىق گاز مولېكۇلالىرىنىڭ ئېلاستىكىسىز سوقۇلۇشى ئارقىلىق ، گاز مولېكۇلىلىرى ئىئونلاشتۇرۇلۇپ ياكى پارچىلىنىپ ، نېيترال ئاتوم ۋە مولېكۇلا مەھسۇلاتلىرى ھاسىل بولىدۇ. مۇسبەت ئىئونلار ئىئون قەۋىتى ئارقىلىق ئېلېكتر مەيدانىنى تېزلىتىدۇ ۋە ئۈستۈنكى ئېلېكترود بىلەن سوقۇلۇپ كېتىدۇ. تۆۋەنكى ئېلېكترودنىڭ يېنىدا كىچىك ئىئون قەۋىتى ئېلېكتر مەيدانىمۇ بار ، شۇڭا ئاستىرتتىن يەنە مەلۇم دەرىجىدە ئىئون تەرىپىدىن بومباردىمان قىلىنىدۇ. نەتىجىدە ، پارچىلىنىشتىن ھاسىل بولغان نېيترال ماددا نەيچە دىۋارى ۋە ئاستى قىسمىغا تارقىلىدۇ. يۆتكىلىش ۋە تارقىلىش جەريانىدا ، بۇ زەررىچىلەر ۋە گۇرۇپپىلار (خىمىيىلىك ئاكتىپ نېيترال ئاتوم ۋە مولېكۇلا گۇرۇپپا دەپ ئاتىلىدۇ) قىسقا مۇددەتلىك ئەركىن يول سەۋەبىدىن ئىئون مولېكۇلا رېئاكسىيەسى ۋە گۇرۇپپا مولېكۇلا رېئاكسىيەسىنى باشتىن كەچۈرىدۇ. خىمىيىلىك ئاكتىپ ماددىلارنىڭ خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتى (ئاساسلىقى گۇرۇپپىلار) ئاستىغا يېتىپ بارىدۇ ۋە ئېلان بېرىلىدۇ ، بۇ فىلىم ئۇلارنىڭ ئۆز-ئارا تەسىر قىلىشىدىن شەكىللەنگەن.

2. پلازمادىكى خىمىيىلىك رېئاكسىيەلەر

پارقىراق قويۇپ بېرىش جەريانىدىكى رېئاكسىيە گازىنىڭ ھاياجانلىنىشى ئاساسلىقى ئېلېكترونلۇق سوقۇلۇش بولغاچقا ، پلازمادىكى ئېلېمېنتلارنىڭ ئىنكاسى ھەر خىل بولىدۇ ، پلازما بىلەن قاتتىق يەرنىڭ ئۆز-ئارا تەسىر قىلىشىمۇ ئىنتايىن مۇرەككەپ ، بۇ مېخانىزىمنى تەتقىق قىلىشنى قىيىنلاشتۇرۇۋېتىدۇ. of PECVD process. ھازىرغا قەدەر ، نۇرغۇنلىغان مۇھىم ئىنكاس سىستېمىسى تەجرىبە ئارقىلىق ئەلالاشتۇرۇلۇپ ، كۆڭۈلدىكىدەك خۇسۇسىيەتكە ئىگە كىنولارغا ئېرىشتى. PECVD تېخنىكىسىنى ئاساس قىلغان كرېمنىيدىن ياسالغان نېپىز پەردىلەرنىڭ چۆكۈشىگە نىسبەتەن ، ئەگەر چۆكۈش مېخانىزمى چوڭقۇر ئاشكارىلانسا ، كىرىمنىينى ئاساس قىلغان نېپىز پەردىلەرنىڭ چۆكۈش نىسبىتىنى ماتېرىياللارنىڭ ئېسىل فىزىكىلىق خۇسۇسىيىتىگە كاپالەتلىك قىلىش ئالدىنقى شەرتى بىلەن زور دەرىجىدە ئاشۇرغىلى بولىدۇ.

ھازىر ، كرېمنىينى ئاساس قىلغان نېپىز پەردىلەرنى تەتقىق قىلىشتا ، كرېمنىينى ئاساس قىلغان نېپىز پەردىلەردە مەلۇم مىقداردا ھىدروگېن بولغاچقا ، ھىدروگېن سۇيۇقلاندۇرۇلغان سىلان (SiH4) رېئاكسىيە گازى سۈپىتىدە كەڭ قوللىنىلىدۇ. H كىرىمنىينى ئاساس قىلغان نېپىز فىلىملەردە ئىنتايىن مۇھىم رول ئوينايدۇ. ئۇ ماتېرىيال قۇرۇلمىسىدىكى ساڭگىلايدىغان زايومنى تولدۇرالايدۇ ، كەمتۈك ئېنېرگىيە سەۋىيىسىنى زور دەرىجىدە تۆۋەنلىتىدۇ ۋە نەيزە قاتارلىقلاردىن باشلاپ ماتېرىياللارنىڭ ۋالېنس ئېلېكترونلۇق كونتروللۇقىنى ئاسانلا ھېس قىلالايدۇ. ئالدى بىلەن كرېمنىي نېپىز پەردىلەرنىڭ دوپپا ئۈنۈمىنى ھېس قىلىپ ، تۇنجى PN ئۇلىنىشىنى تەييارلىدى ، PECVD تېخنىكىسىنى ئاساس قىلغان كرېمنىيدىن ياسالغان نېپىز پەردىلەرنى تەييارلاش ۋە قوللىنىش تەتقىقاتى ھالقىما تەرەققىيات ئارقىلىق بارلىققا كەلدى. شۇڭلاشقا ، PECVD تېخنىكىسى ئامانەت قويغان كرېمنىينى ئاساس قىلغان نېپىز پەردىلەرنىڭ خىمىيىلىك ئىنكاسى تۆۋەندە بايان قىلىنىدۇ ۋە مۇلاھىزە قىلىنىدۇ.

پارقىراق قويۇپ بېرىش شارائىتىدا ، سىلان پلازمىسىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ بىر نەچچە EV ئېنېرگىيىسى بولغاچقا ، H2 ۋە SiH4 دەسلەپكى ئىنكاسقا تەۋە ئېلېكترونلار بىلەن سوقۇلغاندا پارچىلىنىدۇ. ئەگەر بىز ئارىلىقتىكى ھاياجانلانغان ھالەتلەرنى ئويلاشمىساق ، H بىلەن sihm (M = 0,1,2,3) نىڭ تۆۋەندىكى ئايرىلىش ئىنكاسىغا ئېرىشەلەيمىز.

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)

يەر يۈزى مولېكۇلا ئىشلەپچىقىرىشنىڭ ئۆلچەملىك ئىسسىقلىقىغا ئاساسەن ، يۇقارقى ئايرىلىش جەريانى (2.1) ~ (2.5) ئۈچۈن كېرەكلىك ئېنېرگىيە ئايرىم-ئايرىم ھالدا 2.1 ، 4.1 ، 4.4 ، 5.9 EV ۋە 4.5 EV. پلازما تەركىبىدىكى يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك ئېلېكترونلارمۇ تۆۋەندىكى ئىئونلاشتۇرۇش رېئاكسىيەسىنى باشتىن كەچۈرەلەيدۇ

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) ئۈچۈن تەلەپ قىلىنغان ئېنېرگىيە ئايرىم-ئايرىم ھالدا 11.9 ، 12.3 ، 13.6 ۋە 15.3 EV. ئىنكاس ئېنېرگىيىسىنىڭ پەرقى سەۋەبىدىن ، (2.1) ~ (2.9) رېئاكسىيەنىڭ ئېھتىماللىقى ئىنتايىن تەكشى ئەمەس. بۇنىڭدىن باشقا ، رېئاكسىيە جەريانى (2.1) ~ (2.5) بىلەن شەكىللەنگەن سىخم ئىئونغا قارىتا تۆۋەندىكى ئىككىلەمچى ئىنكاسلارنى باشتىن كەچۈرىدۇ ، مەسىلەن

SiH + e → SiH ++ 2e (2.10)

SiH2 + e → SiH2 ++ 2e (2.11)

SiH3 + e → SiH3 ++ 2e (2.12)

ئەگەر يۇقارقى ئىنكاس يەككە ئېلېكترونلۇق جەريان ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلسا ، تەلەپ قىلىنغان ئېنېرگىيە تەخمىنەن 12 eV ياكى ئۇنىڭدىن يۇقىرى بولىدۇ. كرېمنىينى ئاساس قىلغان كىنولارنى تەييارلاش ئۈچۈن ئاتموسفېرا بېسىمى (10-100pa) نىڭ ئاجىزلىقى كۈچلۈك بولغان ئىئون پلازمىسىدا 10ev دىن يۇقىرى يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك ئېلېكترونلارنىڭ سانىنىڭ 1010cm-3 بولغانلىقىنى نەزەردە تۇتقاندا. ئىئونلاشتۇرۇش ئېھتىماللىقى ئادەتتە ھاياجانلىنىش ئېھتىماللىقىدىن كىچىك بولىدۇ. شۇڭلاشقا ، سىلان پلازمىسىدىكى يۇقارقى ئىئونلانغان بىرىكمىلەرنىڭ نىسبىتى ئىنتايىن ئاز ، نېيترال سىخم گۇرۇپپىسى ئاساسلىق ئورۇندا تۇرىدۇ. ئاممىۋى سپېكترى ئانالىز نەتىجىسىمۇ بۇ يەكۈننى ئىسپاتلايدۇ [8]. Bourquard قاتارلىقلار. يەنىمۇ ئىلگىرلىگەن ھالدا sihm نىڭ قويۇقلۇقى sih3 ، sih2 ، Si ۋە SIH تەرتىپىدە تۆۋەنلىگەن ، ئەمما SiH3 نىڭ قويۇقلۇقى SIH نىڭ ئەڭ كۆپ بولغاندا ئۈچ ھەسسە بولغان. روبېرتسون قاتارلىقلار. دوكلاتتا دېيىلىشىچە ، سىخمنىڭ نېيترال مەھسۇلاتلىرىدا ساپ سىلان ئاساسلىقى يۇقىرى قۇۋۋەتلىك توك چىقىرىشقا ئىشلىتىلگەن ، sih3 بولسا تۆۋەن قۇۋۋەتلىك توك چىقىرىشقا ئىشلىتىلگەن. يۇقىرىدىن تۆۋەنگە مەركەزلەشتۈرۈش تەرتىپى SiH3 ، SiH ، Si ، SiH2 ئىدى. شۇڭلاشقا ، پلازما جەريان پارامېتىرلىرى سىخم نېيترال مەھسۇلاتلارنىڭ تەركىبىگە كۈچلۈك تەسىر كۆرسىتىدۇ.

يۇقارقى ئايرىلىش ۋە ئىئونلاشتۇرۇش رېئاكسىيەسىدىن باشقا ، ئىئون مولېكۇلالىرى ئارىسىدىكى ئىككىلەمچى ئىنكاسلارمۇ ئىنتايىن مۇھىم

SiH2 ＋+ SiH4 → SiH3 ++ SiH3 (2.13)

شۇڭلاشقا ، ئىئون قويۇقلۇقى جەھەتتە ، sih3 + sih2 + دىن كۆپ. ئۇ نېمە ئۈچۈن SiH4 پلازمىسىدا sih2 + ئىئوندىن كۆپ sih3 + ئىئون بارلىقىنى چۈشەندۈرۈپ بېرەلەيدۇ.

بۇنىڭدىن باشقا ، پلازمادىكى ھىدروگېن ئاتوملىرى SiH4 دىكى ھىدروگېننى تۇتۇۋالىدىغان مولېكۇلالىق ئاتوم سوقۇلۇش رېئاكسىيەسى بولىدۇ.

H + SiH4 → SiH3 + H2 (2.14)

بۇ تاشقى رېئاكسىيە ۋە si2h6 نىڭ شەكىللىنىشىنىڭ مۇقەددىمىسى. ئەلۋەتتە ، بۇ گۇرۇپپىلار يەر يۈزىدە بولۇپلا قالماي ، پلازمادىكى ھاياجانلانغان ھالەتتىمۇ ھاياجانلىنىدۇ. سىلان پلازما قويۇپ بېرىش سپېكترىدا كۆرسىتىلىشچە ، Si ، SIH ، h ۋە تەۋرىنىش ھاياجانلانغان ھالەتتىكى SiH2 ، SiH3 نىڭ ئوپتىكىلىق قوبۇل قىلىشقا بولىدىغان ئۆتكۈنچى ھالەتلىرى بار.