1. Պլազմայի ուժեղացված քիմիական գոլորշիների նստեցման հիմնական գործընթացները
Պլազմայի ուժեղացված քիմիական գոլորշիների նստեցումը (PECVD) նոր տեխնոլոգիա է գազային նյութերի քիմիական ռեակցիայի միջոցով բարակ թաղանթների աճի համար՝ փայլուն արտանետվող պլազմայի օգնությամբ:Քանի որ PECVD տեխնոլոգիան պատրաստվում է գազի արտանետմամբ, ոչ հավասարակշռված պլազմայի ռեակցիայի բնութագրիչները արդյունավետորեն օգտագործվում են, և ռեակցիայի համակարգի էներգիայի մատակարարման ռեժիմը հիմնովին փոխվում է:Ընդհանուր առմամբ, երբ PECVD տեխնոլոգիան օգտագործվում է բարակ թաղանթներ պատրաստելու համար, բարակ թաղանթների աճը հիմնականում ներառում է հետևյալ երեք հիմնական գործընթացները.
Նախ, ոչ հավասարակշռված պլազմայում էլեկտրոնները արձագանքում են ռեակցիայի գազի հետ առաջնային փուլում՝ քայքայելով ռեակցիայի գազը և ձևավորելով իոնների և ակտիվ խմբերի խառնուրդ.
Երկրորդ, բոլոր տեսակի ակտիվ խմբերը ցրվում և տեղափոխվում են թաղանթի մակերեսին և պատին, և ռեակտիվների միջև երկրորդական ռեակցիաները տեղի են ունենում միաժամանակ.
Վերջապես, բոլոր տեսակի առաջնային և երկրորդային ռեակցիայի արտադրանքները, որոնք հասնում են աճի մակերևույթին, ներծծվում են և արձագանքում մակերեսի հետ՝ ուղեկցվելով գազային մոլեկուլների վերաթողարկումով:
Մասնավորապես, PECVD տեխնոլոգիան, որը հիմնված է փայլի արտանետման մեթոդի վրա, կարող է ստիպել ռեակցիայի գազը իոնացնել և ձևավորել պլազմա արտաքին էլեկտրամագնիսական դաշտի գրգռման ներքո:Պայծառ լիցքաթափման պլազմայում արտաքին էլեկտրական դաշտով արագացված էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան սովորաբար կազմում է մոտ 10 Էվ կամ նույնիսկ ավելի բարձր, ինչը բավական է ռեակտիվ գազի մոլեկուլների քիմիական կապերը ոչնչացնելու համար:Հետևաբար, բարձր էներգիայի էլեկտրոնների և ռեակտիվ գազի մոլեկուլների ոչ առաձգական բախման միջոցով գազի մոլեկուլները իոնացված կամ քայքայվելու են՝ չեզոք ատոմներ և մոլեկուլային արտադրանք արտադրելու համար:Դրական իոնները արագանում են իոնային շերտի արագացնող էլեկտրական դաշտով և բախվում վերին էլեկտրոդին։Ներքևի էլեկտրոդի մոտ կա նաև փոքր իոնային շերտ էլեկտրական դաշտ, ուստի ենթաշերտը նույնպես որոշ չափով ռմբակոծվում է իոններով:Արդյունքում, քայքայման արդյունքում առաջացած չեզոք նյութը ցրվում է խողովակի պատին և ենթաշերտին:Դրեյֆի և դիֆուզիայի գործընթացում այս մասնիկները և խմբերը (քիմիապես ակտիվ չեզոք ատոմներն ու մոլեկուլները կոչվում են խմբեր) կենթարկվեն իոնային մոլեկուլային ռեակցիայի և խմբի մոլեկուլային ռեակցիայի՝ միջին կարճ ազատ ճանապարհի պատճառով:Սուբստրատին հասնող և ներծծվող քիմիական ակտիվ նյութերի (հիմնականում խմբերի) քիմիական հատկությունները շատ ակտիվ են, և թաղանթը ձևավորվում է նրանց միջև փոխազդեցությունից։
2. Քիմիական ռեակցիաները պլազմայում
Քանի որ ռեակցիոն գազի գրգռումը փայլի արտանետման գործընթացում հիմնականում էլեկտրոնների բախումն է, տարրական ռեակցիաները պլազմայում բազմազան են, և պլազմայի և պինդ մակերեսի փոխազդեցությունը նույնպես շատ բարդ է, ինչը դժվարացնում է մեխանիզմի ուսումնասիրությունը: PECVD գործընթացի.Մինչ այժմ շատ կարևոր ռեակցիաների համակարգեր օպտիմիզացվել են փորձերի միջոցով՝ իդեալական հատկություններով թաղանթներ ստանալու համար։PECVD տեխնոլոգիայի վրա հիմնված սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթների նստեցման դեպքում, եթե տեղադրման մեխանիզմը կարող է խորապես բացահայտվել, ապա սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթների նստեցման արագությունը կարող է մեծապես աճել՝ նյութերի գերազանց ֆիզիկական հատկությունները ապահովելու համար:
Ներկայումս սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթների հետազոտության մեջ ջրածնի նոսրացված սիլանը (SiH4) լայնորեն օգտագործվում է որպես ռեակցիայի գազ, քանի որ սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթներում կա որոշակի քանակությամբ ջրածին:H-ն շատ կարևոր դեր է խաղում սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթներում:Այն կարող է լրացնել կախված կապերը նյութի կառուցվածքում, մեծապես նվազեցնել թերության էներգիայի մակարդակը և հեշտությամբ իրականացնել նյութերի վալենտային էլեկտրոնների կառավարումը: Քանի որ նիզակը և այլք:Սկզբում հասկացավ սիլիցիումի բարակ թաղանթների դոպինգային ազդեցությունը և պատրաստեց առաջին PN հանգույցը, PECVD տեխնոլոգիայի վրա հիմնված սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթների պատրաստման և կիրառման վերաբերյալ հետազոտությունը մշակվել է թռիչքներով և սահմաններով:Հետևաբար, քիմիական ռեակցիան սիլիցիումի վրա հիմնված բարակ թաղանթներում, որոնք պահվում են PECVD տեխնոլոգիայի միջոցով, կներկայացվի և կքննարկվի ստորև:
Պայծառ լիցքաթափման պայմաններում, քանի որ սիլանի պլազմայի էլեկտրոններն ունեն ավելի քան մի քանի EV էներգիա, H2-ը և SiH4-ը կքայքայվեն, երբ էլեկտրոնները բախվեն առաջնային ռեակցիային:Եթե մենք չդիտարկենք միջանկյալ գրգռված վիճակները, ապա կարող ենք ստանալ sihm-ի հետևյալ դիսոցացիոն ռեակցիաները (M = 0,1,2,3) H-ի հետ.
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)
Ըստ հիմնական վիճակի մոլեկուլների արտադրության ստանդարտ ջերմության՝ վերոհիշյալ տարանջատման գործընթացների համար (2.1) ~ (2.5) պահանջվող էներգիաները համապատասխանաբար 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV և 4.5 EV են:Բարձր էներգիայի էլեկտրոնները պլազմայում կարող են ենթարկվել նաև հետևյալ իոնացման ռեակցիաներին
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)
(2.6) ~ (2.9) համար պահանջվող էներգիան համապատասխանաբար 11.9, 12.3, 13.6 և 15.3 EV է:Ռեակցիայի էներգիայի տարբերության պատճառով (2.1) ~ (2.9) ռեակցիաների հավանականությունը շատ անհավասար է։Բացի այդ, ռեակցիայի (2.1) ~ (2.5) պրոցեսով ձևավորված սիհմը կենթարկվի իոնացման հետևյալ երկրորդական ռեակցիաներին, ինչպիսիք են.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Եթե վերը նշված ռեակցիան իրականացվում է մեկ էլեկտրոնային գործընթացի միջոցով, ապա պահանջվող էներգիան կազմում է մոտ 12 էՎ կամ ավելի:Հաշվի առնելով այն փաստը, որ թույլ իոնացված պլազմայում 1010 սմ-3 էլեկտրոնի խտությամբ 10ev-ից բարձր էլեկտրոնների թիվը համեմատաբար փոքր է մթնոլորտային ճնշման տակ (10-100pa) սիլիցիումի վրա հիմնված թաղանթների պատրաստման համար, կուտակայինը. իոնացման հավանականությունը սովորաբար ավելի փոքր է, քան գրգռման հավանականությունը:Հետևաբար, վերը նշված իոնացված միացությունների մասնաբաժինը սիլանի պլազմայում շատ փոքր է, և գերիշխող է sihm-ի չեզոք խումբը։Զանգվածային սպեկտրի վերլուծության արդյունքները նույնպես ապացուցում են այս եզրակացությունը [8]:Բուրկուարդը և այլք:Հետագայում նշվեց, որ sihm-ի կոնցենտրացիան նվազել է sih3, sih2, Si և SIH կարգով, բայց SiH3-ի կոնցենտրացիան առավելագույնը երեք անգամ գերազանցել է SIH-ին:Ռոբերտսոնը և այլք:Զեկուցվել է, որ sihm-ի չեզոք արտադրանքներում մաքուր սիլանը հիմնականում օգտագործվել է բարձր հզորության լիցքաթափման համար, մինչդեռ sih3-ը հիմնականում օգտագործվել է ցածր էներգիայի լիցքաթափման համար:Համակենտրոնացման կարգը բարձրից ցածր էր SiH3, SiH, Si, SiH2:Հետեւաբար, պլազմային գործընթացի պարամետրերը խիստ ազդում են sihm չեզոք արտադրանքի կազմի վրա:
Բացի վերը նշված տարանջատման և իոնացման ռեակցիաներից, իոնային մոլեկուլների միջև երկրորդական ռեակցիաները նույնպես շատ կարևոր են.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Հետևաբար, իոնների կոնցենտրացիայի առումով sih3 + ավելի շատ է, քան sih2 +:Այն կարող է բացատրել, թե ինչու են SiH4 պլազմայում ավելի շատ sih3 + իոններ, քան sih2 + իոններ:
Բացի այդ, տեղի կունենա մոլեկուլային ատոմների բախման ռեակցիա, որի ժամանակ պլազմայի ջրածնի ատոմները գրավում են SiH4-ի ջրածինը:
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Այն էկզոթերմիկ ռեակցիա է և si2h6-ի առաջացման նախադրյալ։Իհարկե, այս խմբերը ոչ միայն հիմնական վիճակում են, այլ նաև գրգռված են պլազմայում գրգռված վիճակում:Սիլանային պլազմայի արտանետումների սպեկտրները ցույց են տալիս, որ կան Si, SIH, h օպտիկականորեն թույլատրելի անցումային գրգռված վիճակներ և SiH2, SiH3 թրթռումային գրգռված վիճակներ։
Հրապարակման ժամանակը՝ Ապրիլ-07-2021