১. প্লাজমা উন্নত রাসায়নিক বাষ্প জমা প্রক্রিয়ার প্রধান প্রক্রিয়া
প্লাজমা এনহ্যান্সড কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (পিইসিভিডি) হলো গ্লো ডিসচার্জ প্লাজমার সাহায্যে গ্যাসীয় পদার্থের রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে পাতলা ফিল্ম তৈরির একটি নতুন প্রযুক্তি। যেহেতু পিইসিভিডি প্রযুক্তি গ্যাস ডিসচার্জের মাধ্যমে প্রস্তুত করা হয়, তাই নন-ইকুইলিব্রিয়াম প্লাজমার বিক্রিয়া বৈশিষ্ট্য কার্যকরভাবে ব্যবহার করা হয় এবং বিক্রিয়া সিস্টেমের শক্তি সরবরাহ পদ্ধতি মৌলিকভাবে পরিবর্তিত হয়। সাধারণত, যখন পিইসিভিডি প্রযুক্তি ব্যবহার করে পাতলা ফিল্ম তৈরি করা হয়, তখন পাতলা ফিল্মের বৃদ্ধিতে প্রধানত নিম্নলিখিত তিনটি মৌলিক প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত থাকে।
প্রথমত, অসাম্য প্লাজমায়, প্রাথমিক পর্যায়ে ইলেকট্রন বিক্রিয়া গ্যাসের সাথে বিক্রিয়া করে বিক্রিয়া গ্যাসকে বিয়োজিত করে এবং আয়ন ও সক্রিয় গ্রুপের একটি মিশ্রণ তৈরি করে;
দ্বিতীয়ত, সব ধরনের সক্রিয় গ্রুপ ফিল্মের পৃষ্ঠতল ও দেয়ালে ছড়িয়ে পড়ে এবং একই সময়ে বিক্রিয়কগুলোর মধ্যে গৌণ বিক্রিয়া ঘটে;
অবশেষে, বৃদ্ধি পৃষ্ঠে পৌঁছানো সব ধরনের প্রাথমিক ও মাধ্যমিক বিক্রিয়াজাত পদার্থ পৃষ্ঠের উপর অধিশোষিত হয় এবং এর সাথে বিক্রিয়া করে, যার ফলে গ্যাসীয় অণুসমূহ পুনরায় নির্গত হয়।
বিশেষত, গ্লো ডিসচার্জ পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে PECVD প্রযুক্তি বাহ্যিক তড়িৎচুম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রভাবে বিক্রিয়াশীল গ্যাসকে আয়নিত করে প্লাজমা তৈরি করতে পারে। গ্লো ডিসচার্জ প্লাজমায়, বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা ত্বরান্বিত ইলেকট্রনের গতিশক্তি সাধারণত প্রায় 10ev বা তারও বেশি হয়, যা বিক্রিয়াশীল গ্যাস অণুর রাসায়নিক বন্ধন ভাঙার জন্য যথেষ্ট। তাই, উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রন এবং বিক্রিয়াশীল গ্যাস অণুর অস্থিতিস্থাপক সংঘর্ষের মাধ্যমে, গ্যাস অণুগুলো আয়নিত বা বিয়োজিত হয়ে নিরপেক্ষ পরমাণু এবং আণবিক উৎপাদ তৈরি করে। ধনাত্মক আয়নগুলো আয়ন স্তরের ত্বরান্বিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা ত্বরান্বিত হয়ে উপরের ইলেকট্রোডের সাথে সংঘর্ষ ঘটায়। নিচের ইলেকট্রোডের কাছেও একটি ছোট আয়ন স্তরের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র থাকে, ফলে সাবস্ট্রেটও কিছুটা আয়ন দ্বারা আঘাতপ্রাপ্ত হয়। ফলস্বরূপ, বিয়োজনের মাধ্যমে উৎপন্ন নিরপেক্ষ পদার্থ টিউবের দেয়াল এবং সাবস্ট্রেটে ছড়িয়ে পড়ে। এই প্রবাহ এবং বিস্তারের প্রক্রিয়ায়, এই কণা এবং গুচ্ছগুলো (রাসায়নিকভাবে সক্রিয় নিরপেক্ষ পরমাণু এবং অণুগুলোকে গুচ্ছ বলা হয়) তাদের স্বল্প গড় মুক্ত পথের কারণে আয়ন-অণু বিক্রিয়া এবং গুচ্ছ-অণু বিক্রিয়ায় অংশ নেয়। সাবস্ট্রেটে পৌঁছে অধিশোষিত হওয়া রাসায়নিকভাবে সক্রিয় পদার্থগুলোর (প্রধানত বিভিন্ন গ্রুপের) রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য অত্যন্ত সক্রিয় থাকে এবং তাদের পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে ফিল্মটি গঠিত হয়।
২. প্লাজমাতে রাসায়নিক বিক্রিয়া
কারণ গ্লো ডিসচার্জ প্রক্রিয়ায় বিক্রিয়াশীল গ্যাসের উত্তেজনা প্রধানত ইলেকট্রন সংঘর্ষের মাধ্যমে ঘটে, তাই প্লাজমার মধ্যেকার মৌলিক বিক্রিয়াগুলো বিভিন্ন ধরনের হয় এবং প্লাজমা ও কঠিন পৃষ্ঠের মধ্যেকার মিথস্ক্রিয়াও খুব জটিল, যা PECVD প্রক্রিয়ার কার্যপ্রণালী অধ্যয়নকে আরও কঠিন করে তোলে। এখন পর্যন্ত, আদর্শ বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন ফিল্ম পাওয়ার জন্য পরীক্ষার মাধ্যমে অনেক গুরুত্বপূর্ণ বিক্রিয়া সিস্টেমকে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে। PECVD প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মের জমাট বাঁধার ক্ষেত্রে, যদি জমাট বাঁধার কার্যপ্রণালী গভীরভাবে উন্মোচন করা যায়, তবে উপাদানের চমৎকার ভৌত বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করার শর্তে সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মের জমাট বাঁধার হার ব্যাপকভাবে বাড়ানো যেতে পারে।
বর্তমানে, সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মের গবেষণায়, হাইড্রোজেন মিশ্রিত সিলেন (SiH4) বিক্রিয়া গ্যাস হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, কারণ সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ হাইড্রোজেন থাকে। সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মে H একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি পদার্থের কাঠামোর মধ্যে থাকা ড্যাংলিং বন্ডগুলো পূরণ করতে পারে, ত্রুটিপূর্ণ শক্তির স্তরকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করতে পারে এবং সহজেই পদার্থের যোজ্যতা ইলেকট্রন নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। স্পিয়ার ও তার সহযোগীরা সর্বপ্রথম সিলিকন পাতলা ফিল্মের ডোপিং প্রভাব উপলব্ধি করার পর এবং প্রথম PN জংশন প্রস্তুত করার পর থেকে, PECVD প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মের প্রস্তুতি এবং প্রয়োগের গবেষণা দ্রুতগতিতে বিকশিত হয়েছে। অতএব, PECVD প্রযুক্তি দ্বারা জমা করা সিলিকন-ভিত্তিক পাতলা ফিল্মের রাসায়নিক বিক্রিয়া নিম্নে বর্ণনা ও আলোচনা করা হবে।
গ্লো ডিসচার্জ অবস্থায়, সিলেন প্লাজমার ইলেকট্রনগুলির শক্তি বেশ কয়েকটি EV-এর চেয়ে বেশি হওয়ায়, ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষের ফলে H2 এবং SiH4 বিয়োজিত হয়, যা প্রাথমিক বিক্রিয়ার অন্তর্ভুক্ত। যদি আমরা মধ্যবর্তী উত্তেজিত অবস্থাগুলো বিবেচনা না করি, তাহলে আমরা H-এর সাথে sihm (M = 0,1,2,3)-এর নিম্নলিখিত বিয়োজন বিক্রিয়াগুলো পেতে পারি।
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)
ভূমি অবস্থার অণুর প্রমাণ উৎপাদন তাপ অনুসারে, উপরের বিয়োজন প্রক্রিয়া (2.1) ~ (2.5) এর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিগুলি হল যথাক্রমে 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV এবং 4.5 EV। প্লাজমাতে উচ্চ শক্তির ইলেকট্রনগুলি নিম্নলিখিত আয়নাইজেশন বিক্রিয়াগুলিতেও অংশ নিতে পারে।
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) এর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি যথাক্রমে 11.9, 12.3, 13.6 এবং 15.3 EV। বিক্রিয়া শক্তির পার্থক্যের কারণে, (2.1) ~ (2.9) বিক্রিয়াগুলির সম্ভাবনা খুব অসম। এছাড়াও, (2.1) ~ (2.5) বিক্রিয়া প্রক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত সিলিকন আয়নিত হওয়ার জন্য নিম্নলিখিত গৌণ বিক্রিয়াগুলির মধ্য দিয়ে যাবে, যেমন
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
যদি উপরের বিক্রিয়াটি একটি একক ইলেকট্রন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়, তবে প্রয়োজনীয় শক্তি প্রায় 12 eV বা তার বেশি। সিলিকন-ভিত্তিক ফিল্ম তৈরির জন্য বায়ুমণ্ডলীয় চাপে (10-100pa) 10¹⁰cm⁻³ ইলেকট্রন ঘনত্ব সহ দুর্বলভাবে আয়নিত প্লাজমাতে 10ev-এর বেশি উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রনের সংখ্যা তুলনামূলকভাবে কম থাকার কারণে, ক্রমবর্ধমান আয়নীকরণের সম্ভাবনা সাধারণত উদ্দীপনার সম্ভাবনার চেয়ে কম হয়। অতএব, সিলেন প্লাজমাতে উপরের আয়নিত যৌগগুলির অনুপাত খুব কম, এবং sihm-এর নিরপেক্ষ গ্রুপটিই প্রধান। ভর বর্ণালী বিশ্লেষণের ফলাফলও এই উপসংহার প্রমাণ করে [8]। Bourquard এবং তার সহকর্মীরা আরও উল্লেখ করেছেন যে sihm-এর ঘনত্ব sih₃, sih₂, Si এবং SIH-এর ক্রমে হ্রাস পেয়েছে, কিন্তু SiH₃-এর ঘনত্ব SIH-এর ঘনত্বের সর্বোচ্চ তিনগুণ ছিল। Robertson এবং তার সহকর্মীরা রিপোর্ট করেছেন যে sihm-এর নিরপেক্ষ উৎপাদগুলির মধ্যে, বিশুদ্ধ সিলেন প্রধানত উচ্চ-ক্ষমতার ডিসচার্জের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল, যখন sih₃ প্রধানত নিম্ন-ক্ষমতার ডিসচার্জের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। উচ্চ থেকে নিম্ন ঘনত্বের ক্রম ছিল SiH3, SiH, Si, SiH2। অতএব, প্লাজমা প্রক্রিয়ার প্যারামিটারগুলো SiHM নিরপেক্ষ উৎপাদগুলোর গঠনকে প্রবলভাবে প্রভাবিত করে।
উপরোক্ত বিয়োজন এবং আয়নায়ন বিক্রিয়াগুলো ছাড়াও, আয়নীয় অণুগুলোর মধ্যকার গৌণ বিক্রিয়াগুলোও খুব গুরুত্বপূর্ণ।
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
সুতরাং, আয়নের ঘনত্বের দিক থেকে, sih3 + এর পরিমাণ sih2 + এর চেয়ে বেশি। এর মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যায় কেন SiH4 প্লাজমায় sih2 + আয়নের চেয়ে sih3 + আয়ন বেশি থাকে।
এছাড়াও, একটি আণবিক পরমাণু সংঘর্ষ বিক্রিয়া ঘটবে যেখানে প্লাজমার হাইড্রোজেন পরমাণুগুলো SiH4-এর হাইড্রোজেনকে ধারণ করবে।
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
এটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া এবং Si2H6 গঠনের একটি পূর্বসূরী। অবশ্যই, এই গ্রুপগুলি কেবল ভূমি অবস্থাতেই থাকে না, বরং প্লাজমাতে উত্তেজিত অবস্থায়ও পৌঁছায়। সিলেন প্লাজমার নিঃসরণ বর্ণালী থেকে দেখা যায় যে, Si, SiH, h-এর আলোকীয়ভাবে গ্রহণযোগ্য রূপান্তর উত্তেজিত অবস্থা এবং SiH2, SiH3-এর কম্পনজনিত উত্তেজিত অবস্থা বিদ্যমান।
পোস্ট করার সময়: ০৭-এপ্রিল-২০২১