1. Plazmada kimyoviy bug'larning cho'kishining asosiy jarayonlari
Plazmada kuchaytirilgan kimyoviy bug 'cho'kmasi (PECVD) - bu gazli moddalarning porlashi plazmasi yordamida kimyoviy reaktsiyasi orqali yupqa qatlamlarni o'stirishning yangi texnologiyasi. PECVD texnologiyasi gaz chiqarish orqali tayyorlanganligi sababli, muvozanat bo'lmagan plazmaning reaktsiya xususiyatlaridan samarali foydalaniladi va reaktsiya tizimining energiya ta'minoti rejimi tubdan o'zgaradi. Umuman olganda, PECVD texnologiyasi yupqa plyonkalarni tayyorlash uchun foydalanilganda, yupqa plyonkalarning o'sishi asosan quyidagi uchta asosiy jarayonni o'z ichiga oladi.
Birinchidan, muvozanat bo'lmagan plazmada elektronlar birlamchi bosqichda reaksiya gazi bilan reaksiyaga kirishib, reaksiya gazini parchalaydi va ionlar va faol guruhlar aralashmasini hosil qiladi;
Ikkinchidan, barcha turdagi faol guruhlar tarqaladi va plyonka yuzasiga va devoriga ko'chiriladi va reaktivlar orasidagi ikkilamchi reaktsiyalar bir vaqtning o'zida sodir bo'ladi;
Nihoyat, o'sish yuzasiga etib boradigan barcha turdagi birlamchi va ikkilamchi reaktsiya mahsulotlari adsorbsiyalanadi va gaz molekulalarining qayta chiqishi bilan birga sirt bilan reaksiyaga kirishadi.
Xususan, porlashni tushirish usuliga asoslangan PECVD texnologiyasi tashqi elektromagnit maydon qo'zg'alishi ostida reaktsiya gazini plazma hosil qilish uchun ionlashtirishi mumkin. Yorqin razryadli plazmada tashqi elektr maydoni tomonidan tezlashtirilgan elektronlarning kinetik energiyasi odatda taxminan 10ev yoki undan yuqori bo'ladi, bu reaktiv gaz molekulalarining kimyoviy bog'lanishlarini yo'q qilish uchun etarli. Shuning uchun yuqori energiyali elektronlar va reaktiv gaz molekulalarining elastik bo'lmagan to'qnashuvi natijasida gaz molekulalari neytral atomlar va molekulyar mahsulotlarni hosil qilish uchun ionlanadi yoki parchalanadi. Ijobiy ionlar elektr maydonini tezlashtiruvchi ion qatlami tomonidan tezlashadi va yuqori elektrod bilan to'qnashadi. Pastki elektrod yaqinida kichik ion qatlamli elektr maydoni ham mavjud, shuning uchun substrat ham ma'lum darajada ionlar bilan bombardimon qilinadi. Natijada, parchalanish natijasida hosil bo'lgan neytral modda quvur devoriga va substratga tarqaladi. Drift va diffuziya jarayonida bu zarralar va guruhlar (kimyoviy faol neytral atomlar va molekulalar guruhlar deb ataladi) qisqa o'rtacha erkin yo'l tufayli ion molekula reaktsiyasiga va guruh molekula reaktsiyasiga uchraydi. Substratga etib boradigan va adsorbsiyalangan kimyoviy faol moddalarning (asosan guruhlar) kimyoviy xossalari juda faol bo'lib, ular orasidagi o'zaro ta'sir natijasida plyonka hosil bo'ladi.
2. Plazmadagi kimyoviy reaksiyalar
Reaksiya gazining porlash jarayonida qo'zg'alishi asosan elektron to'qnashuvi bo'lganligi sababli, plazmadagi elementar reaktsiyalar har xil bo'lib, plazma va qattiq sirt o'rtasidagi o'zaro ta'sir ham juda murakkab, bu mexanizmni o'rganishni qiyinlashtiradi. PECVD jarayoni. Hozirgacha ko'plab muhim reaktsiya tizimlari ideal xususiyatlarga ega bo'lgan plyonkalarni olish uchun tajribalar orqali optimallashtirilgan. PECVD texnologiyasi asosida kremniy asosidagi yupqa plyonkalarni cho'ktirish uchun, agar cho'kma mexanizmi chuqur ochib berilsa, materiallarning mukammal fizik xususiyatlarini ta'minlash asosida kremniy asosidagi yupqa plyonkalarning cho'kish tezligini sezilarli darajada oshirish mumkin.
Hozirgi vaqtda kremniy asosidagi yupqa plyonkalarni tadqiq qilishda vodorod bilan suyultirilgan silan (SiH4) reaksiya gazi sifatida keng qo'llaniladi, chunki kremniy asosidagi yupqa plyonkalarda ma'lum miqdorda vodorod mavjud. H kremniy asosidagi yupqa plyonkalarda juda muhim rol o'ynaydi. U moddiy strukturadagi osilgan aloqalarni to'ldirishi, nuqsonli energiya darajasini sezilarli darajada kamaytirishi va materiallarning valent elektron nazoratini osongina amalga oshirishi mumkin, chunki nayza va boshqalar. Birinchi marta kremniy yupqa plyonkalarning doping ta'sirini anglab etdi va birinchi PN birikmasini tayyorladi, PECVD texnologiyasiga asoslangan kremniy asosidagi yupqa plyonkalarni tayyorlash va qo'llash bo'yicha tadqiqotlar sakrash va chegaralar bilan ishlab chiqilgan. Shuning uchun, PECVD texnologiyasi bilan yotqizilgan kremniy asosidagi yupqa plyonkalardagi kimyoviy reaktsiya quyida tavsiflanadi va muhokama qilinadi.
Yorqin zaryadsizlanish holatida, silan plazmasidagi elektronlar bir necha EV energiyasiga ega bo'lganligi sababli, H2 va SiH4 birlamchi reaktsiyaga tegishli bo'lgan elektronlar bilan to'qnashganda parchalanadi. Agar oraliq qo`zg`aluvchan holatlarni hisobga olmasak, sihmning (M = 0,1,2,3) H bilan quyidagi dissotsilanish reaksiyalarini olishimiz mumkin.
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)
Asosiy holat molekulalarini ishlab chiqarishning standart issiqligiga ko'ra, yuqoridagi dissotsiatsiya jarayonlari uchun zarur bo'lgan energiya (2.1) ~ (2.5) mos ravishda 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV va 4.5 EV ni tashkil qiladi. Plazmadagi yuqori energiyali elektronlar ham quyidagi ionlanish reaksiyalariga kirishishi mumkin
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) uchun zarur energiya mos ravishda 11,9, 12,3, 13,6 va 15,3 EV ni tashkil qiladi. Reaksiya energiyasining farqi tufayli (2.1) ~ (2.9) reaktsiyalar ehtimoli juda notekis. Bundan tashqari, (2.1) ~ (2.5) reaktsiya jarayoni bilan hosil bo'lgan sihm ionlash uchun quyidagi ikkilamchi reaktsiyalarni o'tkazadi, masalan.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Agar yuqoridagi reaksiya bitta elektron jarayon orqali amalga oshirilsa, zarur energiya taxminan 12 eV yoki undan ko'p bo'ladi. Elektron zichligi 1010 sm-3 bo'lgan kuchsiz ionlangan plazmadagi yuqori energiyali elektronlar soni 10ev dan yuqori bo'lgan atmosfera bosimi (10-100pa) ostida kremniy asosidagi plyonkalar tayyorlash uchun nisbatan kichik ekanligini hisobga olib, kümülatif. ionlanish ehtimoli odatda qo'zg'alish ehtimolidan kichikroq. Shuning uchun silan plazmasida yuqoridagi ionlangan birikmalarning ulushi juda kichik va sihmning neytral guruhi dominantdir. Mass spektrini tahlil qilish natijalari ham bu xulosani tasdiqlaydi [8]. Bourquard va boshqalar. Keyinchalik sihm kontsentratsiyasi sih3, sih2, Si va SIH tartibida kamaydi, lekin SiH3 kontsentratsiyasi SIHdan ko'pi bilan uch baravar ko'p bo'lganligini ta'kidladi. Robertson va boshqalar. Sihmning neytral mahsulotlarida sof silan asosan yuqori quvvatli tushirish uchun, sih3 esa kam quvvatli tushirish uchun ishlatilganligi haqida xabar berilgan. Yuqoridan pastgacha konsentratsiya tartibi SiH3, SiH, Si, SiH2 edi. Shuning uchun plazma jarayoni parametrlari sihm neytral mahsulotlarning tarkibiga kuchli ta'sir qiladi.
Yuqoridagi dissotsilanish va ionlanish reaksiyalaridan tashqari ion molekulalari orasidagi ikkilamchi reaksiyalar ham juda muhim.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Shuning uchun ion konsentratsiyasi bo'yicha sih3 + sih2 + dan ko'p. Bu nima uchun SiH4 plazmasida sih3 + ionlari sih2 + ionlariga qaraganda ko'proq ekanligini tushuntirishi mumkin.
Bundan tashqari, plazmadagi vodorod atomlari SiH4 dagi vodorodni ushlaydigan molekulyar atomlarning to'qnashuvi reaktsiyasi bo'ladi.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Bu ekzotermik reaktsiya va si2h6 hosil bo'lishi uchun kashshofdir. Albatta, bu guruhlar nafaqat tuproq holatida, balki plazmadagi hayajonlangan holatga ham hayajonlangan. Silan plazmasining emissiya spektrlari shuni ko'rsatadiki, Si, SIH, h ning optik jihatdan ruxsat etilgan o'tish qo'zg'aluvchan holatlari va SiH2, SiH3 ning tebranish qo'zg'aluvchan holatlari mavjud.
Yuborilgan vaqt: 2021 yil 07 aprel