1. Pwosesis prensipal yo nan depo vapè chimik amelyore pa plasma
Depozisyon chimik vapè ranfòse pa plasma (PECVD) se yon nouvo teknoloji pou kwasans fim mens pa reyaksyon chimik sibstans gazez avèk èd plasma egzeyat lumineux. Paske teknoloji PECVD a prepare pa egzeyat gaz, karakteristik reyaksyon plasma ki pa an ekilib yo itilize efektivman, epi mòd ekipman pou enèji sistèm reyaksyon an chanje fondamantalman. Anjeneral, lè yo itilize teknoloji PECVD pou prepare fim mens, kwasans fim mens yo gen ladan sitou twa pwosesis debaz sa yo.
Premyèman, nan plasma ki pa an ekilib, elektwon yo reyaji avèk gaz reyaksyon an nan premye etap la pou dekonpoze gaz reyaksyon an epi fòme yon melanj iyon ak gwoup aktif;
Dezyèmman, tout kalite gwoup aktif yo difize epi transpòte sou sifas ak miray fim nan, epi reyaksyon segondè ant reyaktif yo rive an menm tan;
Finalman, tout kalite pwodwi reyaksyon primè ak segondè ki rive sou sifas kwasans lan absòbe epi reyaji avèk sifas la, akonpaye pa liberasyon molekil gazez yo.
Espesyalman, teknoloji PECVD ki baze sou metòd egzeyat lumineux la ka fè gaz reyaksyon an iyonize pou fòme plasma anba eksitasyon chan mayetik ekstèn lan. Nan plasma egzeyat lumineux la, enèji sinetik elektwon yo akselere pa chan mayetik ekstèn lan anjeneral anviwon 10 eV, oswa menm plis, ki ase pou detwi lyezon chimik molekil gaz reyaktif yo. Se poutèt sa, atravè kolizyon inelastik elektwon ki gen gwo enèji ak molekil gaz reyaktif yo, molekil gaz yo pral iyonize oswa dekonpoze pou pwodui atòm net ak pwodwi molekilè. Iyon pozitif yo akselere pa chan mayetik akselerasyon kouch iyon an epi yo fè kolizyon ak elektwòd anwo a. Genyen tou yon ti chan mayetik kouch iyon toupre elektwòd anba a, kidonk substrat la bonbade tou pa iyon nan yon sèten mezi. Kòm rezilta, sibstans net ki pwodui pa dekonpozisyon an difize nan miray tib la ak substrat la. Nan pwosesis derive ak difizyon an, patikil ak gwoup sa yo (atòm ak molekil net chimikman aktif yo rele gwoup) pral sibi reyaksyon molekil iyon ak reyaksyon molekil gwoup akòz chemen lib mwayèn kout la. Pwopriyete chimik sibstans aktif chimik yo (sitou gwoup yo) ki rive nan substra a epi ki absòbe yo trè aktif, epi fim nan fòme pa entèraksyon ant yo.
2. Reyaksyon chimik nan plasma
Paske eksitasyon gaz reyaksyon an nan pwosesis egzeyat lumineux la se sitou kolizyon elektwon, reyaksyon elemantè yo nan plasma a divès, epi entèraksyon ant plasma a ak sifas solid la tou trè konplèks, sa ki fè li pi difisil pou etidye mekanis pwosesis PECVD a. Jiskaprezan, anpil sistèm reyaksyon enpòtan yo te optimize pa eksperyans pou jwenn fim ki gen pwopriyete ideyal. Pou depo fim mens ki baze sou Silisyòm ki baze sou teknoloji PECVD, si mekanis depo a ka revele pwofondman, to depo fim mens ki baze sou Silisyòm yo ka ogmante anpil sou baz pou asire ekselan pwopriyete fizik materyèl yo.
Kounye a, nan rechèch fim mens ki baze sou Silisyòm, yo itilize silan dilye ak idwojèn (SiH4) kòm gaz reyaksyon paske gen yon sèten kantite idwojèn nan fim mens ki baze sou Silisyòm yo. H jwe yon wòl trè enpòtan nan fim mens ki baze sou Silisyòm yo. Li ka ranpli lyezon ki pandye nan estrikti materyèl la, diminye anpil nivo enèji domaj la, epi fasilman reyalize kontwòl elektwon valans materyèl yo. Depi Spear et al. te premye reyalize efè dopan fim mens Silisyòm yo epi prepare premye jonksyon PN nan, rechèch sou preparasyon ak aplikasyon fim mens ki baze sou Silisyòm ki baze sou teknoloji PECVD te devlope rapidman. Se poutèt sa, reyaksyon chimik nan fim mens ki baze sou Silisyòm depoze pa teknoloji PECVD pral dekri ak diskite nan sa ki annapre yo.
Anba kondisyon egzeyat lumineux la, paske elektwon ki nan plasma silan an gen plis pase plizyè enèji EV, H2 ak SiH4 ap dekonpoze lè elektwon yo fè kolizyon, sa ki fè pati reyaksyon prensipal la. Si nou pa konsidere eta eksite entèmedyè yo, nou ka jwenn reyaksyon disosyasyon sihm sa yo (M = 0,1,2,3) ak 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)
Selon chalè estanda pwodiksyon molekil eta fondamantal yo, enèji ki nesesè pou pwosesis disosyasyon ki anwo yo (2.1) ~ (2.5) se 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ak 4.5 EV respektivman. Elektwon ki gen gwo enèji nan plasma yo kapab sibi reyaksyon iyonizasyon sa yo tou.
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)
Enèji ki nesesè pou (2.6) rive (2.9) la se 11.9, 12.3, 13.6 ak 15.3 EV respektivman. Akòz diferans enèji reyaksyon an, pwobabilite reyaksyon (2.1) rive (2.9) yo trè inegal. Anplis de sa, sihm ki fòme ak pwosesis reyaksyon (2.1) rive (2.5) la pral sibi reyaksyon segondè sa yo pou iyonize, tankou
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Si reyaksyon ki anwo a fèt pa mwayen yon pwosesis yon sèl elektwon, enèji ki nesesè a se anviwon 12 eV oswa plis. Etandone kantite elektwon ki gen gwo enèji ki pi wo pase 10ev nan plasma ki fèbman iyonize ak dansite elektwon 1010cm-3 relativman piti anba presyon atmosferik (10-100pa) pou preparasyon fim ki baze sou silikon, pwobabilite iyonizasyon kimilatif la jeneralman pi piti pase pwobabilite eksitasyon an. Se poutèt sa, pwopòsyon konpoze iyonize ki anwo yo nan plasma silan an trè piti, epi gwoup net sihm lan dominan. Rezilta analiz spectre mas la pwouve konklizyon sa a tou [8]. Bourquard et al. te plis mete aksan sou ke konsantrasyon sihm lan te diminye nan lòd sih3, sih2, Si ak SIH, men konsantrasyon SiH3 te nan pi plis twa fwa konsantrasyon SIH la. Robertson et al. te rapòte ke nan pwodwi net sihm yo, silan pi te sitou itilize pou egzeyat gwo pouvwa, pandan ke sih3 te sitou itilize pou egzeyat ti pouvwa. Lòd konsantrasyon an, soti nan pi wo pou rive nan pi ba, se te SiH3, SiH, Si, SiH2. Se poutèt sa, paramèt pwosesis plasma yo afekte anpil konpozisyon pwodwi net sihm yo.
Anplis reyaksyon disosyasyon ak iyonizasyon ki anwo yo, reyaksyon segondè ant molekil iyonik yo trè enpòtan tou.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Se poutèt sa, an tèm de konsantrasyon iyon, sih3+ pi plis pase sih2+. Sa ka eksplike poukisa gen plis iyon sih3+ pase iyon sih2+ nan plasma SiH4.
Anplis de sa, pral gen yon reyaksyon kolizyon atòm molekilè kote atòm idwojèn ki nan plasma a kaptire idwojèn ki nan SiH4 la.
H + SiH4 → SiH3 + H2 (2.14)
Li se yon reyaksyon ègzotèmik epi yon prekisè pou fòmasyon si2h6. Natirèlman, gwoup sa yo pa sèlman nan eta fondamantal la, men yo eksite tou nan eta eksite nan plasma a. Espèk emisyon plasma silan yo montre ke gen eta eksite tranzisyon optikman admisib pou Si, SIH, h, ak eta eksite vibrasyonèl pou SiH2, SiH3.
Dat piblikasyon: 7 avril 2021