1. Wichtichste prosessen fan plasma-fersterke gemyske dampôfsetting
Plasma-fersterke gemyske dampôfsetting (PECVD) is in nije technology foar de groei fan tinne films troch gemyske reaksje fan gasfoarmige stoffen mei help fan gloei-ûntladingsplasma. Omdat PECVD-technology wurdt taret troch gasûntlading, wurde de reaksjekarakteristiken fan net-lykwichtsplasma effektyf brûkt, en wurdt de enerzjyfoarsjenningsmodus fan it reaksjesysteem fûneminteel feroare. Yn 't algemien, as PECVD-technology wurdt brûkt om tinne films te meitsjen, omfettet de groei fan tinne films benammen de folgjende trije basisprosessen.
Earst, yn it net-lykwichtsplasma, reagearje elektroanen mei it reaksjegas yn 'e primêre faze om it reaksjegas te ûntbinen en in mingsel fan ioanen en aktive groepen te foarmjen;
Twadder diffundearje en ferfiere allerlei aktive groepen nei it oerflak en de muorre fan 'e film, en de sekundêre reaksjes tusken de reaktanten fine tagelyk plak;
Uteinlik wurde alle soarten primêre en sekundêre reaksjeprodukten dy't it groeioerflak berikke adsorbearre en reagearje mei it oerflak, begelaat troch it opnij frijkommen fan gasfoarmige molekulen.
Spesifyk kin PECVD-technology basearre op 'e gloei-ûntladingsmetoade it reaksjegas ionisearje litte om plasma te foarmjen ûnder de oanstjoering fan in ekstern elektromagnetysk fjild. Yn gloei-ûntladingsplasma is de kinetyske enerzjy fan elektroanen fersneld troch in ekstern elektrysk fjild meastal sawat 10 ev, of sels heger, wat genôch is om de gemyske biningen fan reaktive gasmolekulen te ferneatigjen. Dêrom, troch de inelastyske botsing fan hege-enerzjy-elektroanen en reaktive gasmolekulen, sille de gasmolekulen ionisearre of ûntbûn wurde om neutrale atomen en molekulêre produkten te produsearjen. De positive ioanen wurde fersneld troch it fersnellende elektryske fjild fan 'e ioanlaach en botsje mei de boppeste elektrode. Der is ek in lyts elektrysk fjild fan 'e ioanlaach tichtby de ûnderste elektrode, sadat it substraat ek yn in beskate mjitte troch ioanen bombardearre wurdt. As gefolch ferspriedt de neutrale stof produsearre troch ûntbining nei de buiswand en it substraat. Yn it proses fan drift en diffúzje sille dizze dieltsjes en groepen (de gemysk aktive neutrale atomen en molekulen wurde groepen neamd) in ioanmolekulereaksje en groepmolekulereaksje ûndergean fanwegen it koarte gemiddelde frije paad. De gemyske eigenskippen fan 'e gemysk aktive stoffen (benammen groepen) dy't it substraat berikke en adsorbearre wurde, binne tige aktyf, en de film wurdt foarme troch de ynteraksje tusken har.
2. Gemyske reaksjes yn plasma
Omdat de oanstjoering fan it reaksjegas yn it gloei-ûntladingsproses benammen in botsing fan elektroanen is, binne de elemintêre reaksjes yn it plasma ferskaat, en de ynteraksje tusken it plasma en it fêste oerflak is ek tige kompleks, wat it dreger makket om it meganisme fan it PECVD-proses te bestudearjen. Oant no ta binne in protte wichtige reaksjesystemen optimalisearre troch eksperiminten om films mei ideale eigenskippen te krijen. Foar de ôfsetting fan tinne films op basis fan silisium basearre op PECVD-technology, as it ôfsettingsmeganisme djip ûntdutsen wurde kin, kin de ôfsettingssnelheid fan tinne films op basis fan silisium sterk ferhege wurde op it útgongspunt fan it garandearjen fan de poerbêste fysike eigenskippen fan materialen.
Op it stuit wurdt yn it ûndersyk nei tinne films op basis fan silisium wetterstofferdunde silaan (SiH4) in soad brûkt as reaksjegas, om't der in beskate hoemannichte wetterstof yn 'e tinne films op basis fan silisium sit. H₂ spilet in tige wichtige rol yn 'e tinne films op basis fan silisium. It kin de bungeljende biningen yn 'e materiaalstruktuer folje, it defektenerzjynivo sterk ferminderje, en maklik de valenselektronenkontrôle fan 'e materialen realisearje. Sûnt spear et al. foar it earst it dopingeffekt fan tinne films op basis fan silisium realisearren en de earste PN-oergong tariede yn, is it ûndersyk nei de tarieding en tapassing fan tinne films op basis fan silisium basearre op PECVD-technology mei sprongen foarútgien. Dêrom sil de gemyske reaksje yn tinne films op basis fan silisium dy't ôfset binne troch PECVD-technology hjirûnder beskreaun en besprutsen wurde.
Under de gloei-ûntladingsbetingst, om't de elektroanen yn it silaanplasma mear as ferskate EV-enerzjy hawwe, sille H2 en SiH4 ûntbine as se mei elektroanen yn botsing komme, wat ta de primêre reaksje heart. As wy de tuskenlizzende oanstutsen steaten net beskôgje, kinne wy de folgjende dissosiaasjereaksjes fan sihm (M = 0,1,2,3) mei H krije.
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)
Neffens de standert produksjewaarmte fan grûntoestânmolekulen binne de enerzjy dy't nedich binne foar de boppesteande dissosiaasjeprosessen (2.1) ~ (2.5) respektivelik 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV en 4.5 EV. Elektroanen mei hege enerzjy yn plasma kinne ek de folgjende ionisaasjereaksjes ûndergean
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)
De enerzjy dy't nedich is foar (2.6) ~ (2.9) is respektivelik 11.9, 12.3, 13.6 en 15.3 EV. Fanwegen it ferskil yn reaksje-enerzjy is de kâns op (2.1) ~ (2.9) reaksjes tige ûngelikense. Derneist sil it sihm dat foarme wurdt mei it reaksjeproses (2.1) ~ (2.5) de folgjende sekundêre reaksjes ûndergean om te ionisearjen, lykas
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
As de boppesteande reaksje útfierd wurdt troch middel fan in proses mei ien elektron, is de fereaske enerzjy sawat 12 eV of mear. Mei it each op it feit dat it oantal hege-enerzjy-elektronen boppe 10 ev yn it swak ionisearre plasma mei in elektrondichtheid fan 1010 cm-3 relatyf lyts is ûnder de atmosfearyske druk (10-100 pa) foar de tarieding fan silisium-basearre films, is de kumulative ionisaasjekâns oer it algemien lytser as de eksitaasjekâns. Dêrom is it oandiel fan 'e boppesteande ionisearre ferbiningen yn silaanplasma tige lyts, en de neutrale groep fan sihm is dominant. De resultaten fan 'e massaspektrumanalyse bewize ek dizze konklúzje [8]. Bourquard et al. wiisden fierder op dat de konsintraasje fan sihm ôfnaam yn 'e oarder fan sih3, sih2, Si en SIH, mar de konsintraasje fan SiH3 wie maksimaal trije kear dy fan SIH. Robertson et al. rapportearren dat yn 'e neutrale produkten fan sihm, suvere silaan benammen brûkt waard foar ûntlading mei hege krêft, wylst sih3 benammen brûkt waard foar ûntlading mei lege krêft. De folchoarder fan konsintraasje fan heech nei leech wie SiH3, SiH, Si, SiH2. Dêrom beynfloedzje de plasmaprosesparameters de gearstalling fan sihm-neutrale produkten sterk.
Neist de boppesteande dissosiaasje- en ionisaasjereaksjes binne de sekundêre reaksjes tusken ionyske molekulen ek tige wichtich.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Dêrom, yn termen fan ionkonsintraasje, is sih3+ mear as sih2+. It kin ferklearje wêrom't der mear sih3+ ioanen as sih2+ ioanen yn SiH4-plasma binne.
Derneist sil der in molekulêre atoombotsingsreaksje wêze wêrby't de wetterstofatomen yn it plasma de wetterstof yn SiH4 fange
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
It is in eksotermyske reaksje en in foarrinner foar de foarming fan si2h6. Fansels binne dizze groepen net allinich yn 'e grûntastân, mar ek oanstutsen nei de oanstutsen tastân yn it plasma. De emisjespektra fan silaanplasma litte sjen dat der optysk tastiene oergongs-oanstutsen steaten fan Si, SIH, h, en trillings-oanstutsen steaten fan SiH2, SiH3 binne.
Pleatsingstiid: 7 april 2021