Teicneòlas bunaiteach tasgadh ceimigeach leasaichte le plasma (PECVD)

1. Prìomh phròiseasan tasgadh ceimigeach leasaichte le plasma

’S e teicneòlas ùr a th’ ann an tasgadh ceimigeach ceimigeach leasaichte le plasma (PECVD) airson fàs fhilmichean tana le ath-bhualadh ceimigeach stuthan gasach le cuideachadh bho plasma sgaoilidh gleansach. Leis gu bheil teicneòlas PECVD air ullachadh le sgaoileadh gas, tha feartan ath-bhualadh plasma neo-chothromach air an cleachdadh gu h-èifeachdach, agus tha modh solar lùtha an t-siostam ath-bhualadh air atharrachadh gu bunaiteach. San fharsaingeachd, nuair a thèid teicneòlas PECVD a chleachdadh gus filmichean tana ullachadh, tha fàs fhilmichean tana a’ toirt a-steach na trì pròiseasan bunaiteach a leanas sa mhòr-chuid.

An toiseach, anns a’ phlasma neo-chothromach, bidh dealanan ag ath-bhualadh leis a’ ghas ath-bhualadh anns a’ chiad ìre gus a’ ghas ath-bhualadh a lobhadh agus measgachadh de ianan agus bhuidhnean gnìomhach a chruthachadh;

San dàrna àite, bidh a h-uile seòrsa de bhuidhnean gnìomhach a’ sgaoileadh agus a’ giùlan chun uachdar agus balla an fhilm, agus bidh na h-ath-bheachdan àrd-sgoile eadar na luchd-freagairt a’ tachairt aig an aon àm;

Mu dheireadh, bidh a h-uile seòrsa de thoradh ath-bhualadh bun-sgoile agus àrd-sgoile a ruigeas uachdar an fàis air an glacadh agus ag ath-fhreagairt leis an uachdar, agus an cois sin bidh moileciuilean gasach air an leigeil ma sgaoil a-rithist.

Gu sònraichte, faodaidh teicneòlas PECVD stèidhichte air dòigh sgaoilidh deàrrsadh toirt air a’ ghas ath-bhualadh ianachadh gus plasma a chruthachadh fo bhrosnachadh raon electromagnetic taobh a-muigh. Ann am plasma sgaoilidh deàrrsadh, mar as trice bidh lùth cineatach dealanan air an luathachadh le raon dealain taobh a-muigh timcheall air 10ev, no eadhon nas àirde, a tha gu leòr airson na ceanglaichean ceimigeach de mholacilean gas ath-ghnìomhach a sgrios. Mar sin, tro bhith a’ bualadh neo-elastagach dealanan àrd-lùtha agus mholacilean gas ath-ghnìomhach, thèid na molacilean gas a ianachadh no a lobhadh gus dadaman neodrach agus toraidhean moileciuil a thoirt gu buil. Tha na h-ianan deimhinneach air an luathachadh leis an raon dealain luathachaidh sreath ian agus a’ bualadh ris an electrod àrd. Tha raon dealain sreath ian beag faisg air an electrod ìosal cuideachd, agus mar sin tha an t-substrate cuideachd air a bhomadh le ianan gu ìre. Mar thoradh air an sin, bidh an stuth neodrach a thèid a thoirt a-mach leis an lobhadh a’ sgaoileadh gu balla an tiùba agus an t-substrate. Anns a’ phròiseas drift agus sgaoilidh, bidh na mìrean agus na buidhnean sin (canar buidhnean ris na dadaman agus na moileacilean neodrach gnìomhach gu ceimigeach) a’ faighinn ath-bhualadh moileciuil ian agus ath-bhualadh moileciuil buidhne air sgàth an t-slighe shaor chuibheasach ghoirid. Tha feartan ceimigeach nan stuthan gnìomhach ceimigeach (buidhnean sa mhòr-chuid) a ruigeas an t-substrate agus a thèid an glacadh gu math gnìomhach, agus tha am film air a chruthachadh leis an eadar-obrachadh eatorra.

2. Ath-bhualaidhean ceimigeach ann am plasma

Leis gur e bualadh electron sa mhòr-chuid a th’ ann am brosnachadh a’ ghasa ath-bhualaidh sa phròiseas sgaoilidh gleansach, tha na h-ath-bhualaidhean bunaiteach anns a’ phlasma eadar-dhealaichte, agus tha an eadar-obrachadh eadar am plasma agus an uachdar cruaidh cuideachd glè iom-fhillte, a tha ga dhèanamh nas duilghe sgrùdadh a dhèanamh air meacanaig pròiseas PECVD. Gu ruige seo, chaidh mòran shiostaman ath-bhualaidh cudromach a bharrachadh le deuchainnean gus filmichean fhaighinn le feartan air leth freagarrach. Airson tasgadh fhilmichean tana stèidhichte air silicon stèidhichte air teicneòlas PECVD, ma thèid am meacanaig tasgadh fhoillseachadh gu domhainn, faodar an ìre tasgadh de fhilmichean tana stèidhichte air silicon a mheudachadh gu mòr air a’ bhunait dèanamh cinnteach à feartan fiosaigeach sàr-mhath stuthan.

An-dràsta, ann an rannsachadh fhilmichean tana stèidhichte air silicon, thathas a’ cleachdadh silane caolaichte le haidridean (SiH4) gu farsaing mar an gas ath-bhualadh leis gu bheil meud sònraichte de haidridean anns na filmichean tana stèidhichte air silicon. Tha pàirt glè chudromach aig H anns na filmichean tana stèidhichte air silicon. Faodaidh e na ceanglaichean crochte ann an structar an stuth a lìonadh, ìre lùtha an locht a lughdachadh gu mòr, agus smachd dealanach valens nan stuthan a thoirt gu buil gu furasta. Bho thuig spear et al. an toiseach buaidh dopaidh fhilmichean tana silicon agus dh’ullaich iad a’ chiad cheangal PN ann an , tha an rannsachadh air ullachadh agus cleachdadh fhilmichean tana stèidhichte air silicon stèidhichte air teicneòlas PECVD air a bhith air a leasachadh gu mòr. Mar sin, thèid an ath-bhualadh ceimigeach ann am filmichean tana stèidhichte air silicon a chaidh a thasgadh le teicneòlas PECVD a mhìneachadh agus a dheasbad anns na leanas.

Fo chumha sgaoilidh gleansach, leis gu bheil barrachd air grunn lùth EV aig na dealanan anns a’ phlasma silane, bidh H2 agus SiH4 a’ lobhadh nuair a bhios dealanan gan bualadh ri chèile, a bhuineas don phrìomh ath-bhualadh. Mura beachdaich sinn air na staidean eadar-mheadhanach brosnachail, gheibh sinn na h-ath-bhualaidhean dì-cheangal a leanas de sihm (M = 0,1,2,3) le 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)

A rèir teas àbhaisteach cinneasachaidh mholacilean staid na talmhainn, is e na lùths a tha a dhìth airson nam pròiseasan dì-cheangal (2.1) ~ (2.5) gu h-àrd 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV agus 4.5 EV fa leth. Faodaidh dealanan àrd-lùtha ann am plasma na h-ath-bheachdan ianachaidh a leanas a dhèanamh cuideachd

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)

Is e an lùth a tha a dhìth airson (2.6) ~ (2.9) 11.9, 12.3, 13.6 agus 15.3 EV fa leth. Air sgàth an eadar-dhealachaidh ann an lùth ath-bhualadh, tha coltachd ath-bheachdan (2.1) ~ (2.9) glè neo-chothromach. A bharrachd air an sin, bidh an sihm a chruthaichear leis a’ phròiseas ath-bhualadh (2.1) ~ (2.5) a’ dol tro na h-ath-bheachdan àrd-sgoile a leanas gus ianachadh, leithid

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Ma thèid an ath-bhualadh gu h-àrd a dhèanamh le pròiseas aon dealanach, tha an lùth a dh’ fheumar mu 12 eV no barrachd. Leis gu bheil an àireamh de dealanach àrd-lùth os cionn 10ev anns a’ phlasma lag ianach le dùmhlachd dealanach de 1010cm-3 an ìre mhath beag fo chuideam an àile (10-100pa) airson ullachadh fhilmichean stèidhichte air silicon, tha coltachd ianachaidh cruinnichte nas lugha na coltachd brosnachaidh sa chumantas. Mar sin, tha co-roinn nan todhar ianach gu h-àrd ann am plasma silane glè bheag, agus tha buidheann neodrach sihm nas làidire. Tha toraidhean an anailis speactram mais cuideachd a’ dearbhadh a’ cho-dhùnaidh seo [8]. Chomharraich Bourquard et al. cuideachd gun do lùghdaich dùmhlachd sihm ann an òrdugh sih3, sih2, Si agus SIH, ach bha dùmhlachd SiH3 aig a’ char as àirde trì uiread nas motha na dùmhlachd SIH. Dh’innis Robertson et al., anns na toraidhean neodrach de sihm, gun deach silane fìor-ghlan a chleachdadh sa mhòr-chuid airson sgaoileadh cumhachd àrd, agus gun deach sih3 a chleachdadh sa mhòr-chuid airson sgaoileadh cumhachd ìosal. B’ e SiH3, SiH, Si, SiH2 an òrdugh dùmhlachd bho àrd gu ìosal. Mar sin, tha buaidh mhòr aig paramadairean pròiseas plasma air co-dhèanamh thoraidhean neodrach sihm.

A bharrachd air na h-ath-bheachdan dì-cheangal agus ianachaidh gu h-àrd, tha na h-ath-bheachdan àrd-sgoile eadar moileciuilean ianach glè chudromach cuideachd.

SiH2＋+SiH4 →SiH3++SiH3 (2.13)

Mar sin, a thaobh dùmhlachd ian, tha sih3+ nas motha na sih2+. Faodaidh seo mìneachadh carson a tha barrachd ianan sih3+ na ianan sih2+ ann am plasma SiH4.

A bharrachd air sin, bidh ath-bhualadh bualadh ataman moileciuil ann far am bi na dadaman haidridein anns a’ phlasma a’ glacadh an haidridein ann an SiH4.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

’S e ath-bhualadh eisitearmach a th’ ann agus ro-ruithear airson cruthachadh si2h6. Gu dearbh, chan ann a-mhàin anns an staid bhunasach a tha na buidhnean seo, ach cuideachd air an brosnachadh chun na staide brosnaichte sa phlasma. Tha speactraman sgaoilidh plasma silane a’ sealltainn gu bheil staidean brosnaichte gluasaid a tha ceadaichte gu optaigeach de Si, SIH, h, agus staidean brosnaichte crithidh de SiH2, SiH3 ann.