1. Nā kaʻina hana nui o ka hoʻonui ʻana i ka hoʻokahe ʻana o ka mahu kemika plasma
ʻO ka plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) kahi ʻenehana hou no ka ulu ʻana o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi ma o ka hopena kemika o nā mea kinoea me ke kōkua o ka plasma glow discharge. Ma muli o ka hoʻomākaukau ʻana o ka ʻenehana PECVD e ka hoʻokuʻu kinoea, hoʻohana pono ʻia nā ʻano hopena o ka plasma non-equilibrium, a ua loli nui ke ʻano hoʻolako ikehu o ka ʻōnaehana hopena. Ma ke ʻano laulā, i ka wā e hoʻohana ʻia ai ka ʻenehana PECVD e hoʻomākaukau i nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi, ʻo ka ulu ʻana o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi e pili ana i nā kaʻina hana kumu ʻekolu.
ʻO ka mea mua, i loko o ka plasma ʻaʻole kaulike, hana nā electrons me ke kinoea hana i ka pae mua e hoʻokaʻawale i ke kinoea hana a hana i kahi hui o nā ions a me nā hui hana;
ʻO ka lua, hoʻolaha a lawe ʻia nā ʻano hui hana āpau i ka ʻili a me ka paia o ke kiʻiʻoniʻoni, a ʻo nā hopena lua ma waena o nā mea hana i ka manawa like;
ʻO ka mea hope loa, ua hoʻopili ʻia nā ʻano huahana hopena mua a me ka lua e hiki ana i ka ʻili ulu a pane pū me ka ʻili, me ka hoʻokuʻu hou ʻana o nā molekala kinoea.
ʻO ke kikoʻī, hiki i ka ʻenehana PECVD e pili ana i ke ʻano hoʻokuʻu ʻālohilohi ke hoʻolilo i ke kinoea hopena i ionize e hana i ka plasma ma lalo o ka hoʻonāukiuki ʻana o ke kahua electromagnetic waho. I loko o ka plasma hoʻokuʻu ʻālohilohi, ʻo ka ikehu kinetic o nā electrons i hoʻolalelale ʻia e ke kahua uila waho ma kahi o 10ev, a ʻoi aku paha, he lawa ia e luku ai i nā pilina kemika o nā molekala kinoea reactive. No laila, ma o ke kuʻi ʻole inelastic o nā electrons ikehu kiʻekiʻe a me nā molekala kinoea reactive, e ionized a decomposed paha nā molekala kinoea e hana i nā ʻātoma neutral a me nā huahana molekala. Hoʻolalelale ʻia nā ion maikaʻi e ka papa ion e hoʻolalelale ana i ke kahua uila a kuʻi me ka electrode luna. Aia kekahi kahua uila papa ion liʻiliʻi kokoke i ka electrode haʻahaʻa, no laila ua hoʻopōʻino ʻia ka substrate e nā ions i kekahi ʻano. ʻO ka hopena, ʻo ka mea neutral i hana ʻia e ka decomposition e hoʻolaha i ka paia paipu a me ka substrate. I ke kaʻina hana o ka drift a me ka diffusion, ʻo kēia mau ʻāpana a me nā hui (nā ʻātoma a me nā molekala neutral active chemically i kapa ʻia he mau hui) e hana i ka hopena molekala ion a me ka hopena molekala hui ma muli o ke ala manuahi awelika pōkole. ʻO nā waiwai kemika o nā mea hana kemika (ʻo ia hoʻi nā hui) e hiki ana i ka substrate a hoʻopili ʻia he hana nui, a ua hoʻokumu ʻia ke kiʻiʻoniʻoni e ka pilina ma waena o lākou.
2. Nā hopena kemika i loko o ka plasma
Ma muli o ka hoʻonāukiuki ʻana o ke kinoea hopena i ke kaʻina hana hoʻokuʻu ʻālohilohi he collision electron nui ia, ʻokoʻa nā hopena mua i loko o ka plasma, a he paʻakikī loa ka pilina ma waena o ka plasma a me ka ʻili paʻa, kahi e paʻakikī ai ke aʻo ʻana i ke ʻano o ke kaʻina hana PECVD. A hiki i kēia manawa, ua hoʻomaikaʻi ʻia nā ʻōnaehana hopena koʻikoʻi he nui e nā hoʻokolohua e loaʻa ai nā kiʻiʻoniʻoni me nā waiwai kūpono. No ka waiho ʻana o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi e pili ana i ka silicon e pili ana i ka ʻenehana PECVD, inā hiki ke hōʻike hohonu ʻia ke ʻano o ka waiho ʻana, hiki ke hoʻonui nui ʻia ka helu waiho ʻana o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi e pili ana i ka silicon ma ke kumu o ka hōʻoia ʻana i nā waiwai kino maikaʻi loa o nā mea.
I kēia manawa, i ka noiʻi ʻana i nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi i hoʻokumu ʻia ma ke silicon, hoʻohana nui ʻia ka hydrogen diluted silane (SiH4) ma ke ʻano he kinoea hopena no ka mea aia kahi nui o ka hydrogen i loko o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi i hoʻokumu ʻia ma ke silicon. He kuleana koʻikoʻi ko H i nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi i hoʻokumu ʻia ma ke silicon. Hiki iā ia ke hoʻopiha i nā pilina kaulahao i loko o ke ʻano mea, e hoʻemi nui i ka pae ikehu kīnā, a ʻike maʻalahi i ka kaohi electron valence o nā mea Mai ka wā i ʻike mua ai ʻo spear et al. i ka hopena doping o nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi silicon a hoʻomākaukau i ka PN junction mua ma, ua hoʻomohala ʻia ka noiʻi ʻana i ka hoʻomākaukau ʻana a me ka hoʻohana ʻana i nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi i hoʻokumu ʻia ma ke silicon e pili ana i ka ʻenehana PECVD e nā lele a me nā palena. No laila, e wehewehe ʻia a kūkākūkā ʻia ka hopena kemika i nā kiʻiʻoniʻoni lahilahi i hoʻokumu ʻia ma ke silicon i waiho ʻia e ka ʻenehana PECVD ma hope.
Ma lalo o ke kūlana hoʻokuʻu ʻālohilohi, no ka mea, ʻoi aku ka nui o ka ikehu EV o nā electrons i loko o ka plasma silane, e palaho ʻo H2 a me SiH4 i ka wā e kuʻi ʻia ai lākou e nā electrons, nona ka hopena mua. Inā ʻaʻole mākou e noʻonoʻo i nā kūlana hoʻonāukiuki waena, hiki iā mākou ke loaʻa nā hopena dissociation aʻe o sihm (M = 0,1,2,3) me 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)
Wahi a ka wela maʻamau o ka hana ʻana o nā molekala mokuʻāina, ʻo nā ikehu e pono ai no nā kaʻina hana dissociation ma luna (2.1) ~ (2.5) he 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV a me 4.5 EV. Hiki i nā electrons ikehu kiʻekiʻe i loko o ka plasma ke hana i nā hopena ionization ma lalo nei.
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)
ʻO ka ikehu e pono ai no (2.6) ~ (2.9) he 11.9, 12.3, 13.6 a me 15.3 EV. Ma muli o ka ʻokoʻa o ka ikehu hopena, ʻaʻole like ka likelika o nā hopena (2.1) ~ (2.9). Eia kekahi, ʻo ka sihm i hoʻokumu ʻia me ke kaʻina hana hopena (2.1) ~ (2.5) e hana i nā hopena lua e hiki mai ana e ionize, e like me
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Inā hoʻokō ʻia ka hopena ma luna ma o ke kaʻina hana electron hoʻokahi, ʻo ka ikehu e pono ai ma kahi o 12 eV a ʻoi aku paha. Ma muli o ka ʻoiaʻiʻo ʻo ka nui o nā electrons ikehu kiʻekiʻe ma luna o 10ev i loko o ka plasma ionized nāwaliwali me ka nui o ka electron o 1010cm-3 he liʻiliʻi iki ma lalo o ke kaomi lewa (10-100pa) no ka hoʻomākaukau ʻana i nā kiʻiʻoniʻoni silicon-based, ʻOi aku ka liʻiliʻi o ka hiki ke ionization cumulative ma mua o ka hiki ke hoʻonāukiuki. No laila, ʻo ka hapa o nā hui ionized ma luna i loko o ka plasma silane he liʻiliʻi loa ia, a ʻo ka hui neutral o sihm ka mea nui. Hōʻoia pū nā hopena loiloi spectrum mass i kēia hopena [8]. Bourquard et al. Ua kuhikuhi hou aku ua emi ka nui o ka sihm ma ke ʻano o sih3, sih2, Si a me SIH, akā ʻo ka nui o SiH3 ma ka nui o ʻekolu manawa o SIH. Robertson et al. Ua hōʻike ʻia i loko o nā huahana neutral o sihm, ua hoʻohana nui ʻia ka silane maʻemaʻe no ka hoʻokuʻu ʻana i ka mana kiʻekiʻe, ʻoiai ua hoʻohana nui ʻia ka sih3 no ka hoʻokuʻu ʻana i ka mana haʻahaʻa. ʻO ke kaʻina o ka hoʻohuihui ʻana mai ke kiʻekiʻe a i ka haʻahaʻa ʻo SiH3, SiH, Si, SiH2. No laila, hoʻopilikia nui nā ʻano hana plasma i ka haku mele ʻana o nā huahana sihm neutral.
Ma waho aʻe o nā hopena dissociation a me ionization i luna, he mea nui loa nā hopena lua ma waena o nā molekala ionic.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
No laila, ma ke ʻano o ka nui o ka ion, ʻoi aku ka sih3 + ma mua o ka sih2 +. Hiki iā ia ke wehewehe i ke kumu he nui aku nā ion sih3 + ma mua o nā ion sih2 + i loko o ka plasma SiH4.
Eia kekahi, e loaʻa kahi hopena hoʻokuʻi ʻātoma molekala kahi e hopu ai nā ʻātoma hydrogen i loko o ka plasma i ka hydrogen ma SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
He hopena exothermic ia a he mea hoʻomaka no ka hoʻokumu ʻana o si2h6. ʻOiaʻiʻo, ʻaʻole wale kēia mau hui i ke kūlana honua, akā ua hoʻonāukiuki ʻia hoʻi i ke kūlana hoʻonāukiuki i loko o ka plasma. Hōʻike nā spectra hoʻokuʻu o ka plasma silane aia nā kūlana hoʻololi hoʻonāukiuki ʻae ʻia o Si, SIH, h, a me nā kūlana hoʻonāukiuki haʻalulu o SiH2, SiH3
Ka manawa hoʻouna: ʻApelila-07-2021