1. پلازما بڑھانے والے کیمیائی بخارات جمع کرنے کے اہم عمل
پلازما اینہانسڈ کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (پی ای سی وی ڈی) گلو ڈسچارج پلازما کی مدد سے گیسی مادوں کے کیمیائی عمل کے ذریعے پتلی فلموں کی نشوونما کے لیے ایک نئی ٹیکنالوجی ہے۔ چونکہ PECVD ٹیکنالوجی گیس کے اخراج کے ذریعے تیار کی جاتی ہے، اس لیے غیر متوازن پلازما کی رد عمل کی خصوصیات کو مؤثر طریقے سے استعمال کیا جاتا ہے، اور رد عمل کے نظام کی توانائی کی فراہمی کا طریقہ بنیادی طور پر تبدیل ہو جاتا ہے۔ عام طور پر، جب پتلی فلموں کی تیاری کے لیے PECVD ٹیکنالوجی کا استعمال کیا جاتا ہے، تو پتلی فلموں کی نشوونما میں بنیادی طور پر درج ذیل تین بنیادی عمل شامل ہوتے ہیں۔
سب سے پہلے، غیر متوازن پلازما میں، الیکٹران ری ایکشن گیس کے ساتھ ری ایکشن کرتے ہیں اور ابتدائی مرحلے میں ری ایکشن گیس کو گلتے ہیں اور آئنوں اور فعال گروپوں کا مرکب بناتے ہیں۔
دوم، تمام قسم کے فعال گروہ پھیلتے ہیں اور فلم کی سطح اور دیوار تک منتقل ہوتے ہیں، اور ری ایکٹنٹس کے درمیان ثانوی رد عمل ایک ہی وقت میں ہوتا ہے۔
آخر میں، تمام قسم کے بنیادی اور ثانوی ردعمل کی مصنوعات جو نمو کی سطح تک پہنچتی ہیں جذب ہو جاتی ہیں اور سطح کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہیں، اس کے ساتھ گیسی مالیکیولز کا دوبارہ اخراج ہوتا ہے۔
خاص طور پر، گلو ڈسچارج طریقہ پر مبنی پی ای سی وی ڈی ٹیکنالوجی بیرونی برقی مقناطیسی میدان کے جوش میں پلازما بنانے کے لیے رد عمل گیس کو آئنائز کر سکتی ہے۔ گلو ڈسچارج پلازما میں، بیرونی برقی فیلڈ کے ذریعے تیز ہونے والی الیکٹرانوں کی حرکی توانائی عام طور پر تقریباً 10ev، یا اس سے بھی زیادہ ہوتی ہے، جو کہ رد عمل والے گیس کے مالیکیولز کے کیمیائی بندھن کو تباہ کرنے کے لیے کافی ہوتی ہے۔ لہٰذا، اعلی توانائی والے الیکٹرانوں اور رد عمل والے گیس کے مالیکیولز کے غیر لچکدار تصادم کے ذریعے، گیس کے مالیکیول غیر جانبدار ایٹم اور سالماتی مصنوعات تیار کرنے کے لیے آئنائزڈ یا گل سڑ جائیں گے۔ مثبت آئن آئن پرت کے ذریعہ برقی فیلڈ کو تیز کرتے ہیں اور اوپری الیکٹروڈ سے ٹکرا جاتے ہیں۔ نچلے الیکٹروڈ کے قریب ایک چھوٹی آئن پرت کا برقی میدان بھی ہے، لہذا سبسٹریٹ پر بھی کچھ حد تک آئنوں کی بمباری ہوتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، گلنے سے پیدا ہونے والا غیر جانبدار مادہ ٹیوب کی دیوار اور سبسٹریٹ میں پھیل جاتا ہے۔ بڑھے ہوئے اور پھیلاؤ کے عمل میں، یہ ذرات اور گروہ (کیمیائی طور پر فعال نیوٹرل ایٹم اور مالیکیول گروپ کہلاتے ہیں) مختصر اوسط آزاد راستے کی وجہ سے آئن مالیکیول ری ایکشن اور گروپ مالیکیول ری ایکشن سے گزریں گے۔ کیمیائی فعال مادوں کی کیمیائی خصوصیات (بنیادی طور پر گروپس) جو سبسٹریٹ تک پہنچتے ہیں اور جذب ہوتے ہیں بہت فعال ہوتے ہیں، اور فلم ان کے درمیان تعامل سے بنتی ہے۔
2. پلازما میں کیمیائی رد عمل
چونکہ گلو ڈسچارج کے عمل میں رد عمل گیس کا جوش بنیادی طور پر الیکٹران کا تصادم ہے، اس لیے پلازما میں ابتدائی رد عمل مختلف ہوتے ہیں، اور پلازما اور ٹھوس سطح کے درمیان تعامل بھی بہت پیچیدہ ہوتا ہے، جس کی وجہ سے میکانزم کا مطالعہ کرنا زیادہ مشکل ہوتا ہے۔ PECVD عمل کا۔ اب تک، بہت سے اہم رد عمل کے نظام کو تجربات کے ذریعے مثالی خصوصیات والی فلمیں حاصل کرنے کے لیے بہتر بنایا گیا ہے۔ PECVD ٹکنالوجی پر مبنی سلکان پر مبنی پتلی فلموں کے جمع کرنے کے لئے، اگر جمع کرنے کے طریقہ کار کو گہرائی سے ظاہر کیا جاسکتا ہے تو، مواد کی بہترین جسمانی خصوصیات کو یقینی بنانے کی بنیاد پر سلکان پر مبنی پتلی فلموں کے جمع کرنے کی شرح میں بہت زیادہ اضافہ کیا جاسکتا ہے۔
فی الحال، سلکان پر مبنی پتلی فلموں کی تحقیق میں، ہائیڈروجن ڈائلٹیڈ سائلین (SiH4) کو ری ایکشن گیس کے طور پر بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ سلکان پر مبنی پتلی فلموں میں ہائیڈروجن کی ایک خاص مقدار ہوتی ہے۔ سلیکون پر مبنی پتلی فلموں میں H بہت اہم کردار ادا کرتا ہے۔ یہ مادی ڈھانچے میں لٹکتے ہوئے بانڈز کو بھر سکتا ہے، توانائی کی خرابی کی سطح کو بہت کم کر سکتا ہے، اور مادوں کے ویلنس الیکٹران کنٹرول کو آسانی سے محسوس کر سکتا ہے چونکہ نیزہ وغیرہ۔ سب سے پہلے سلیکون پتلی فلموں کے ڈوپنگ اثر کو محسوس کیا اور اس میں پہلا PN جنکشن تیار کیا، PECVD ٹیکنالوجی پر مبنی سلکان پر مبنی پتلی فلموں کی تیاری اور اطلاق پر تحقیق کو بہت تیزی سے تیار کیا گیا ہے۔ لہذا، PECVD ٹیکنالوجی کے ذریعہ جمع کردہ سلکان پر مبنی پتلی فلموں میں کیمیائی رد عمل کو مندرجہ ذیل میں بیان کیا جائے گا اور اس پر تبادلہ خیال کیا جائے گا۔
گلو ڈسچارج کی حالت کے تحت، کیونکہ سائلین پلازما میں الیکٹرانوں میں کئی EV سے زیادہ توانائی ہوتی ہے، H2 اور SiH4 الیکٹرانوں سے ٹکرانے پر گل جائیں گے، جس کا تعلق بنیادی رد عمل سے ہے۔ اگر ہم درمیانی پرجوش حالتوں پر غور نہیں کرتے ہیں تو ہم H کے ساتھ sihm (M = 0,1,2,3) کے درج ذیل انحطاطی رد عمل حاصل کر سکتے ہیں۔
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)
زمینی حالت کے مالیکیولز کی پیداوار کی معیاری حرارت کے مطابق، مندرجہ بالا انحطاط کے عمل کے لیے درکار توانائیاں (2.1) ~ (2.5) بالترتیب 2.1، 4.1، 4.4، 5.9 EV اور 4.5 EV ہیں۔ پلازما میں اعلی توانائی کے الیکٹران بھی درج ذیل آئنائزیشن رد عمل سے گزر سکتے ہیں۔
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) کے لیے درکار توانائی بالترتیب 11.9، 12.3، 13.6 اور 15.3 EV ہے۔ رد عمل کی توانائی کے فرق کی وجہ سے، (2.1) ~ (2.9) رد عمل کا امکان بہت ناہموار ہے۔ اس کے علاوہ، رد عمل کے عمل (2.1) ~ (2.5) کے ساتھ تشکیل پانے والا سیہم آئنائز کرنے کے لیے درج ذیل ثانوی رد عمل سے گزرے گا، جیسے
SiH+e→ SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
اگر مندرجہ بالا ردعمل ایک واحد الیکٹران کے عمل کے ذریعہ انجام دیا جاتا ہے تو، توانائی کی ضرورت تقریبا 12 eV یا اس سے زیادہ ہے. اس حقیقت کے پیش نظر کہ سلیکون پر مبنی فلموں کی تیاری کے لیے 1010cm-3 کے الیکٹران کثافت والے کمزور آئنائزڈ پلازما میں 10ev سے زیادہ اعلی توانائی والے الیکٹرانوں کی تعداد ماحولیاتی دباؤ (10-100pa) میں نسبتاً کم ہے۔ آئنائزیشن کا امکان عام طور پر حوصلہ افزائی کے امکان سے چھوٹا ہوتا ہے۔ لہذا، سائلین پلازما میں مندرجہ بالا آئنائزڈ مرکبات کا تناسب بہت چھوٹا ہے، اور سیہم کا غیر جانبدار گروپ غالب ہے۔ ماس سپیکٹرم تجزیہ کے نتائج بھی اس نتیجے کو ثابت کرتے ہیں [8]۔ Bourquard et al. مزید نشاندہی کی کہ sih3، sih2، Si اور SIH کی ترتیب میں sihm کا ارتکاز کم ہوا، لیکن SiH3 کا ارتکاز SIH سے زیادہ سے زیادہ تین گنا تھا۔ رابرٹسن وغیرہ۔ رپورٹ میں بتایا گیا ہے کہ سیہم کی غیر جانبدار مصنوعات میں، خالص سائلین بنیادی طور پر ہائی پاور ڈسچارج کے لیے استعمال ہوتا تھا، جبکہ سیہ 3 بنیادی طور پر کم پاور ڈسچارج کے لیے استعمال ہوتا تھا۔ اعلی سے کم تک حراستی کی ترتیب SiH3، SiH، Si، SiH2 تھی۔ لہذا، پلازما کے عمل کے پیرامیٹرز سیہم غیر جانبدار مصنوعات کی ساخت کو سختی سے متاثر کرتے ہیں۔
مندرجہ بالا انحطاط اور ionization کے رد عمل کے علاوہ، ionic molecules کے درمیان ثانوی رد عمل بھی بہت اہم ہیں۔
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
لہذا، آئن کے ارتکاز کے لحاظ سے، sih3 + sih2 + سے زیادہ ہے۔ یہ وضاحت کر سکتا ہے کہ SiH4 پلازما میں sih2 + آئنوں سے زیادہ sih3 + آئن کیوں ہیں۔
اس کے علاوہ، ایک سالماتی ایٹم کے تصادم کا ردعمل ہوگا جس میں پلازما میں موجود ہائیڈروجن ایٹم ہائیڈروجن کو SiH4 میں پکڑ لیتے ہیں۔
H+ SiH4→ SiH3+H2 (2.14)
یہ ایک exothermic رد عمل ہے اور si2h6 کی تشکیل کا پیش خیمہ ہے۔ یقینا، یہ گروہ نہ صرف زمینی حالت میں ہیں، بلکہ پلازما میں پرجوش حالت میں بھی پرجوش ہیں۔ سائلین پلازما کا اخراج اسپیکٹرا ظاہر کرتا ہے کہ سی، ایس آئی ایچ، ایچ، اور SiH2، SiH3 کی کمپن پرجوش ریاستیں آپٹیکلی طور پر قابل قبول منتقلی پرجوش ریاستیں ہیں۔
پوسٹ ٹائم: اپریل 07-2021