1. Ĉefaj procezoj de plasmo-plifortigita kemia vapora deponado
Plasmo-plifortigita kemia vapora demetado (PECVD) estas nova teknologio por la kresko de maldikaj filmoj per kemia reakcio de gasaj substancoj helpe de ardo-malŝarĝa plasmo. Ĉar PECVD-teknologio estas preparita per gasa malŝarĝo, la reakciaj karakterizaĵoj de ne-ekvilibra plasmo estas efike utiligitaj, kaj la energiproviza reĝimo de la reakcia sistemo estas fundamente ŝanĝita. Ĝenerale parolante, kiam PECVD-teknologio estas uzata por prepari maldikajn filmojn, la kresko de maldikaj filmoj ĉefe inkluzivas la jenajn tri bazajn procezojn:
Unue, en la ne-ekvilibra plasmo, elektronoj reagas kun la reakcia gaso en la primara stadio por malkomponi la reakcian gason kaj formi miksaĵon de jonoj kaj aktivaj grupoj;
Due, ĉiuspecaj aktivaj grupoj difuziĝas kaj transportiĝas al la surfaco kaj la muro de la filmo, kaj la sekundaraj reakcioj inter la reakciantoj okazas samtempe;
Fine, ĉiaj primaraj kaj sekundaraj reakciaj produktoj atingantaj la kreskosurfacon estas adsorbitaj kaj reagas kun la surfaco, akompanate de la relanĉo de gasaj molekuloj.
Specife, PECVD-teknologio bazita sur la metodo de ardo-malŝarĝo povas jonigi la reakcian gason por formi plasmon sub la ekscito de ekstera elektromagneta kampo. En ardo-malŝarĝa plasmo, la kineta energio de elektronoj akcelitaj de ekstera elektra kampo estas kutime ĉirkaŭ 10 eV, aŭ eĉ pli alta, kio sufiĉas por detrui la kemiajn ligojn de reaktivaj gasmolekuloj. Tial, per la malelasta kolizio de alt-energiaj elektronoj kaj reaktivaj gasmolekuloj, la gasmolekuloj jonigos aŭ malkomponiĝos por produkti neŭtralajn atomojn kaj molekulajn produktojn. La pozitivaj jonoj estas akcelitaj de la akcelanta elektra kampo de la jontavolo kaj kolizias kun la supra elektrodo. Ankaŭ ekzistas malgranda elektra kampo de la jontavolo proksime al la malsupra elektrodo, do la substrato ankaŭ estas bombardita de jonoj iagrade. Rezulte, la neŭtrala substanco produktita per malkomponiĝo difuziĝas al la tubmuro kaj substrato. En la procezo de drivado kaj difuzo, ĉi tiuj partikloj kaj grupoj (la kemie aktivaj neŭtralaj atomoj kaj molekuloj nomiĝas grupoj) spertos jonmolekulajn reakciojn kaj grupmolekulajn reakciojn pro la mallonga averaĝa libera vojo. La kemiaj ecoj de la kemiaj aktivaj substancoj (ĉefe grupoj), kiuj atingas la substraton kaj estas adsorbitaj, estas tre aktivaj, kaj la filmo formiĝas per la interago inter ili.
2. Kemiaj reakcioj en plasmo
Ĉar la ekscito de la reakcia gaso en la ardomalŝarĝa procezo estas ĉefe elektrona kolizio, la elementaj reakcioj en la plasmo estas diversaj, kaj la interago inter la plasmo kaj la solida surfaco estas ankaŭ tre kompleksa, kio malfaciligas la studadon de la mekanismo de la PECVD-procezo. Ĝis nun, multaj gravaj reakciaj sistemoj estis optimumigitaj per eksperimentoj por akiri filmojn kun idealaj ecoj. Por la deponado de silicio-bazitaj maldikaj filmoj bazitaj sur PECVD-teknologio, se la deponada mekanismo povas esti profunde malkaŝita, la deponada rapideco de silicio-bazitaj maldikaj filmoj povas esti multe pliigita sur la premiso certigi la bonegajn fizikajn ecojn de materialoj.
Nuntempe, en la esplorado de silicio-bazitaj maldikaj filmoj, hidrogen-diluita silano (SiH4) estas vaste uzata kiel la reakcia gaso ĉar ekzistas certa kvanto da hidrogeno en la silicio-bazitaj maldikaj filmoj. H ludas tre gravan rolon en la silicio-bazitaj maldikaj filmoj. Ĝi povas plenigi la pendantajn ligojn en la materiala strukturo, multe redukti la difektan energinivelon, kaj facile realigi la valentan elektronan kontrolon de la materialoj. De kiam Spear kaj aliaj unue rimarkis la dopan efikon de silicio-maldikaj filmoj kaj preparis la unuan PN-transiron en 2007, la esplorado pri la preparado kaj apliko de silicio-bazitaj maldikaj filmoj bazitaj sur PECVD-teknologio disvolviĝis tre rapide. Tial, la kemia reakcio en silicio-bazitaj maldikaj filmoj deponitaj per PECVD-teknologio estos priskribita kaj diskutita en la sekvanta.
Sub la kondiĉo de ekluma malŝarĝo, ĉar la elektronoj en la silana plasmo havas pli ol plurajn EV-energion, H2 kaj SiH4 putriĝos kiam ili kolizias kun elektronoj, kio apartenas al la primara reakcio. Se ni ne konsideras la mezajn ekscititajn statojn, ni povas ricevi la jenajn disociiĝajn reakciojn de sihm (M = 0,1,2,3) kun H
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)
Laŭ la norma varmo de produktado de bazstataj molekuloj, la energioj bezonataj por la supre menciitaj disociiĝaj procezoj (2.1) ~ (2.5) estas 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV kaj 4.5 EV respektive. Alt-energiaj elektronoj en plasmo ankaŭ povas sperti la jenajn jonigajn reakciojn
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)
La energio bezonata por (2.6) ~ (2.9) estas 11.9, 12.3, 13.6 kaj 15.3 EV respektive. Pro la diferenco de reakcia energio, la probableco de (2.1) ~ (2.9) reakcioj estas tre malebena. Krome, la sihm formita per la reakcia procezo (2.1) ~ (2.5) spertos la jenajn sekundarajn reakciojn por joniĝi, kiel ekzemple
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Se la supra reakcio estas efektivigita per unuopa elektrona procezo, la bezonata energio estas ĉirkaŭ 12 eV aŭ pli. Konsiderante la fakton, ke la nombro da alt-energiaj elektronoj super 10 eV en la malforte jonigita plasmo kun elektrona denseco de 1010 cm-3 estas relative malgranda sub la atmosfera premo (10-100 Pa) por la preparado de silicio-bazitaj filmoj, la akumula joniga probableco estas ĝenerale pli malgranda ol la ekscita probableco. Tial, la proporcio de la supre menciitaj jonigitaj kombinaĵoj en silana plasmo estas tre malgranda, kaj la neŭtrala grupo de sihm estas domina. La rezultoj de la masspektra analizo ankaŭ pruvas ĉi tiun konkludon [8]. Bourquard et al. Plue atentigis, ke la koncentriĝo de sihm malpliiĝis laŭ la ordo de sih3, sih2, Si kaj SIH, sed la koncentriĝo de SiH3 estis maksimume triobla ol tiu de SIH. Robertson et al. Raportis, ke en la neŭtralaj produktoj de sihm, pura silano estis ĉefe uzata por alt-potenca malŝarĝo, dum sih3 estis ĉefe uzata por malalt-potenca malŝarĝo. La ordo de koncentriĝo de alta al malalta estis SiH3, SiH, Si, SiH2. Tial, la parametroj de la plasma procezo forte influas la konsiston de sihm-neŭtralaj produktoj.
Aldone al la supre menciitaj disociiĝaj kaj jonigaj reakcioj, la sekundaraj reakcioj inter jonaj molekuloj ankaŭ estas tre gravaj.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Tial, rilate al jona koncentriĝo, sih3+ estas pli ol sih2+. Tio povas klarigi kial estas pli da sih3+ jonoj ol sih2+ jonoj en SiH4-plasmo.
Krome, okazos molekula atomkolizireago en kiu la hidrogenatomoj en la plasmo kaptas la hidrogenon en SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ĝi estas eksoterma reakcio kaj antaŭulo por la formado de si2h6. Kompreneble, ĉi tiuj grupoj estas ne nur en la baza stato, sed ankaŭ ekscititaj al la ekscitita stato en la plasmo. La emisiaj spektroj de silana plasmo montras, ke ekzistas optike akcepteblaj transiraj ekscititaj statoj de Si, SIH, h, kaj vibraj ekscititaj statoj de SiH2, SiH3.
Afiŝtempo: 7-a de aprilo 2021