1. ដំណើរការសំខាន់ៗនៃការដាក់ចំហាយគីមីដែលបង្កើនដោយប្លាស្មា
ការដាក់ចំហាយគីមីដែលបង្កើនដោយប្លាស្មា (PECVD) គឺជាបច្ចេកវិទ្យាថ្មីមួយសម្រាប់ការលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្តស្តើងដោយប្រតិកម្មគីមីនៃសារធាតុឧស្ម័នដោយមានជំនួយពីប្លាស្មាបញ្ចេញពន្លឺ។ ដោយសារតែបច្ចេកវិទ្យា PECVD ត្រូវបានរៀបចំដោយការបញ្ចេញឧស្ម័ន លក្ខណៈប្រតិកម្មនៃប្លាស្មាមិនមានលំនឹងត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព ហើយរបៀបផ្គត់ផ្គង់ថាមពលនៃប្រព័ន្ធប្រតិកម្មត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរជាមូលដ្ឋាន។ ជាទូទៅ នៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យា PECVD ត្រូវបានប្រើដើម្បីរៀបចំខ្សែភាពយន្តស្តើង ការលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្តស្តើងភាគច្រើនរួមបញ្ចូលដំណើរការមូលដ្ឋានចំនួនបីដូចខាងក្រោម។
ទីមួយ នៅក្នុងប្លាស្មាដែលមិនមានលំនឹង អេឡិចត្រុងមានប្រតិកម្មជាមួយឧស្ម័នប្រតិកម្មនៅដំណាក់កាលបឋម ដើម្បីបំបែកឧស្ម័នប្រតិកម្ម និងបង្កើតជាល្បាយនៃអ៊ីយ៉ុង និងក្រុមសកម្ម។
ទីពីរ ក្រុមសកម្មគ្រប់ប្រភេទសាយភាយ និងដឹកជញ្ជូនទៅលើផ្ទៃ និងជញ្ជាំងនៃខ្សែភាពយន្ត ហើយប្រតិកម្មបន្ទាប់បន្សំរវាងសារធាតុប្រតិកម្មកើតឡើងក្នុងពេលតែមួយ។
ជាចុងក្រោយ ផលិតផលប្រតិកម្មបឋម និងបន្ទាប់បន្សំគ្រប់ប្រភេទដែលឈានដល់ផ្ទៃលូតលាស់ត្រូវបានស្រូបយក ហើយមានប្រតិកម្មជាមួយផ្ទៃ អមដោយការបញ្ចេញឡើងវិញនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័ន។
ជាពិសេស បច្ចេកវិទ្យា PECVD ដែលផ្អែកលើវិធីសាស្ត្របញ្ចេញពន្លឺអាចធ្វើឱ្យឧស្ម័នប្រតិកម្មអ៊ីយ៉ូដបង្កើតជាប្លាស្មាក្រោមការរំញោចនៃដែនអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចខាងក្រៅ។ នៅក្នុងប្លាស្មាបញ្ចេញពន្លឺ ថាមពលចលនារបស់អេឡិចត្រុងដែលបង្កើនល្បឿនដោយដែនអគ្គិសនីខាងក្រៅជាធម្មតាមានប្រហែល 10ev ឬខ្ពស់ជាងនេះ ដែលគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីបំផ្លាញចំណងគីមីនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នដែលមានប្រតិកម្ម។ ដូច្នេះ តាមរយៈការប៉ះទង្គិចគ្នាមិនបត់បែននៃអេឡិចត្រុងថាមពលខ្ពស់ និងម៉ូលេគុលឧស្ម័នដែលមានប្រតិកម្ម ម៉ូលេគុលឧស្ម័ននឹងត្រូវបានអ៊ីយ៉ូដ ឬរលួយដើម្បីបង្កើតអាតូមអព្យាក្រឹត និងផលិតផលម៉ូលេគុល។ អ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមានត្រូវបានបង្កើនល្បឿនដោយដែនអគ្គិសនីបង្កើនល្បឿនស្រទាប់អ៊ីយ៉ុង ហើយប៉ះទង្គិចជាមួយអេឡិចត្រូតខាងលើ។ ក៏មានដែនអគ្គិសនីស្រទាប់អ៊ីយ៉ុងតូចមួយនៅជិតអេឡិចត្រូតខាងក្រោម ដូច្នេះស្រទាប់ខាងក្រោមក៏ត្រូវបានទម្លាក់គ្រាប់បែកដោយអ៊ីយ៉ុងក្នុងកម្រិតខ្លះផងដែរ។ ជាលទ្ធផល សារធាតុអព្យាក្រឹតដែលផលិតដោយការរលួយសាយភាយទៅជញ្ជាំងបំពង់ និងស្រទាប់ខាងក្រោម។ នៅក្នុងដំណើរការនៃការរសាត់ និងការសាយភាយ ភាគល្អិត និងក្រុមទាំងនេះ (អាតូម និងម៉ូលេគុលអព្យាក្រឹតដែលមានសកម្មភាពគីមីត្រូវបានគេហៅថាក្រុម) នឹងឆ្លងកាត់ប្រតិកម្មម៉ូលេគុលអ៊ីយ៉ុង និងប្រតិកម្មម៉ូលេគុលក្រុមដោយសារតែផ្លូវសេរីមធ្យមខ្លី។ លក្ខណៈសម្បត្តិគីមីនៃសារធាតុសកម្មគីមី (ជាចម្បងក្រុម) ដែលទៅដល់ស្រទាប់ខាងក្រោម និងត្រូវបានស្រូបយកគឺសកម្មខ្លាំង ហើយខ្សែភាពយន្តនេះត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយអន្តរកម្មរវាងពួកវា។
2. ប្រតិកម្មគីមីនៅក្នុងប្លាស្មា
ដោយសារតែការរំភើបនៃឧស្ម័នប្រតិកម្មនៅក្នុងដំណើរការបញ្ចេញពន្លឺភាគច្រើនជាការប៉ះទង្គិចគ្នានៃអេឡិចត្រុង ប្រតិកម្មបឋមនៅក្នុងប្លាស្មាគឺមានភាពខុសប្លែកគ្នា ហើយអន្តរកម្មរវាងប្លាស្មា និងផ្ទៃរឹងក៏ស្មុគស្មាញខ្លាំងផងដែរ ដែលធ្វើឱ្យវាកាន់តែពិបាកក្នុងការសិក្សាពីយន្តការនៃដំណើរការ PECVD។ រហូតមកដល់ពេលនេះ ប្រព័ន្ធប្រតិកម្មសំខាន់ៗជាច្រើនត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយការពិសោធន៍ ដើម្បីទទួលបានខ្សែភាពយន្តដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អ។ សម្រាប់ការដាក់ស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដោយផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា PECVD ប្រសិនបើយន្តការដាក់ស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តអាចត្រូវបានបង្ហាញយ៉ាងស៊ីជម្រៅ អត្រាដាក់ស្រទាប់ខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនអាចត្រូវបានបង្កើនយ៉ាងខ្លាំងដោយផ្អែកលើគោលការណ៍នៃការធានាលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្តដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៃវត្ថុធាតុដើម។
បច្ចុប្បន្ននេះ ក្នុងការស្រាវជ្រាវខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ស៊ីឡានអ៊ីដ្រូសែនពនលាយ (SiH4) ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយជាឧស្ម័នប្រតិកម្ម ពីព្រោះមានបរិមាណអ៊ីដ្រូសែនជាក់លាក់មួយនៅក្នុងខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ H ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ វាអាចបំពេញចំណងដែលព្យួរនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធសម្ភារៈ កាត់បន្ថយកម្រិតថាមពលពិការភាពយ៉ាងខ្លាំង និងងាយស្រួលដឹងពីការគ្រប់គ្រងអេឡិចត្រុងវ៉ាឡង់នៃសម្ភារៈ។ ចាប់តាំងពី Spear et al. បានដឹងពីឥទ្ធិពលដូបនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងស៊ីលីកុន និងបានរៀបចំចំណុចប្រសព្វ PN ដំបូងនៅក្នុង ការស្រាវជ្រាវលើការរៀបចំ និងការអនុវត្តខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដោយផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា PECVD ត្រូវបានបង្កើតឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ ដូច្នេះ ប្រតិកម្មគីមីនៅក្នុងខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដែលដាក់ដោយបច្ចេកវិទ្យា PECVD នឹងត្រូវបានពិពណ៌នា និងពិភាក្សាដូចខាងក្រោម។
ក្រោមលក្ខខណ្ឌបញ្ចេញពន្លឺ ដោយសារតែអេឡិចត្រុងនៅក្នុងប្លាស្មាស៊ីឡានមានថាមពល EV ច្រើនជាងច្រើន H2 និង SiH4 នឹងរលួយនៅពេលដែលពួកវាត្រូវបានប៉ះទង្គិចគ្នាដោយអេឡិចត្រុង ដែលជាកម្មសិទ្ធិរបស់ប្រតិកម្មបឋម។ ប្រសិនបើយើងមិនពិចារណាលើស្ថានភាពរំភើបកម្រិតមធ្យមទេ យើងអាចទទួលបានប្រតិកម្មបំបែកដូចខាងក្រោមនៃ sihm (M = 0,1,2,3) ជាមួយ H
e+SiH4 → SiH2+H2+e (២.១)
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)
យោងតាមកំដៅស្តង់ដារនៃការផលិតម៉ូលេគុលស្ថានភាពដី ថាមពលដែលត្រូវការសម្រាប់ដំណើរការបំបែកខាងលើ (2.1) ~ (2.5) គឺ 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV និង 4.5 EV រៀងៗខ្លួន។ អេឡិចត្រុងថាមពលខ្ពស់នៅក្នុងប្លាស្មាក៏អាចឆ្លងកាត់ប្រតិកម្មអ៊ីយ៉ូដដូចខាងក្រោមផងដែរ។
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)
ថាមពលដែលត្រូវការសម្រាប់ (2.6) ~ (2.9) គឺ 11.9, 12.3, 13.6 និង 15.3 EV រៀងៗខ្លួន។ ដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃថាមពលប្រតិកម្ម ប្រូបាប៊ីលីតេនៃប្រតិកម្ម (2.1) ~ (2.9) គឺមិនស្មើគ្នាខ្លាំង។ លើសពីនេះ ស៊ីម៉ងត៍ដែលបង្កើតឡើងជាមួយនឹងដំណើរការប្រតិកម្ម (2.1) ~ (2.5) នឹងឆ្លងកាត់ប្រតិកម្មបន្ទាប់បន្សំដូចខាងក្រោមដើម្បីអ៊ីយ៉ូដ ដូចជា
SiH+e → SiH++2e (2.10)
SiH2+e → SiH2++2e (២.១១)
SiH3+e → SiH3++2e (២.១២)
ប្រសិនបើប្រតិកម្មខាងលើត្រូវបានអនុវត្តតាមរយៈដំណើរការអេឡិចត្រុងតែមួយ ថាមពលដែលត្រូវការគឺប្រហែល 12 eV ឬច្រើនជាងនេះ។ ដោយសារតែចំនួនអេឡិចត្រុងថាមពលខ្ពស់លើសពី 10ev នៅក្នុងប្លាស្មាដែលមានអ៊ីយ៉ូដខ្សោយជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេអេឡិចត្រុង 1010cm-3 មានទំហំតូចជាងនៅក្រោមសម្ពាធបរិយាកាស (10-100pa) សម្រាប់ការរៀបចំខ្សែភាពយន្តដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ប្រូបាប៊ីលីតេអ៊ីយ៉ូដកកកុញជាទូទៅមានទំហំតូចជាងប្រូបាប៊ីលីតេរំញោច។ ដូច្នេះសមាមាត្រនៃសមាសធាតុអ៊ីយ៉ូដខាងលើនៅក្នុងប្លាស្មាស៊ីឡានគឺតូចណាស់ ហើយក្រុមអព្យាក្រឹតនៃ sihm គឺលេចធ្លោ។ លទ្ធផលនៃការវិភាគវិសាលគមម៉ាស់ក៏បញ្ជាក់ពីការសន្និដ្ឋាននេះផងដែរ [8]។ Bourquard et al. បានចង្អុលបង្ហាញបន្ថែមទៀតថាកំហាប់នៃ sihm បានថយចុះតាមលំដាប់នៃ sih3, sih2, Si និង SIH ប៉ុន្តែកំហាប់នៃ SiH3 គឺច្រើនបំផុតបីដងនៃ SIH។ Robertson et al. បានរាយការណ៍ថានៅក្នុងផលិតផលអព្យាក្រឹតនៃ sihm ស៊ីឡានសុទ្ធត្រូវបានប្រើជាចម្បងសម្រាប់ការបញ្ចេញថាមពលខ្ពស់ ខណៈពេលដែល sih3 ត្រូវបានប្រើជាចម្បងសម្រាប់ការបញ្ចេញថាមពលទាប។ លំដាប់នៃកំហាប់ពីខ្ពស់ទៅទាបគឺ SiH3, SiH, Si, SiH2។ ដូច្នេះ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការប្លាស្មាប៉ះពាល់យ៉ាងខ្លាំងដល់សមាសភាពនៃផលិតផលអព្យាក្រឹត sihm។
បន្ថែមពីលើប្រតិកម្មឌីសូស្យុង និងអ៊ីយ៉ូដនីយកម្មខាងលើ ប្រតិកម្មបន្ទាប់បន្សំរវាងម៉ូលេគុលអ៊ីយ៉ុងក៏មានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ដែរ។
SiH2＋+SiH4 → SiH3++ SiH3 (2.13)
ដូច្នេះ ទាក់ទងនឹងកំហាប់អ៊ីយ៉ុង SiH3+ គឺច្រើនជាង SiH2+។ វាអាចពន្យល់បានថាហេតុអ្វីបានជាមានអ៊ីយ៉ុង SiH3+ ច្រើនជាងអ៊ីយ៉ុង SiH2+ នៅក្នុងប្លាស្មា SiH4។
លើសពីនេះ នឹងមានប្រតិកម្មប៉ះទង្គិចអាតូមម៉ូលេគុល ដែលអាតូមអ៊ីដ្រូសែននៅក្នុងប្លាស្មាចាប់យកអ៊ីដ្រូសែននៅក្នុង SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
វាគឺជាប្រតិកម្មបញ្ចេញកំដៅ និងជាបុព្វបទសម្រាប់ការបង្កើត si2h6។ ជាការពិតណាស់ ក្រុមទាំងនេះមិនត្រឹមតែស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាពដីប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏ត្រូវបានរំភើបចំពោះស្ថានភាពរំភើបនៅក្នុងប្លាស្មាផងដែរ។ វិសាលគមនៃការបញ្ចេញនៃប្លាស្មាស៊ីឡានបង្ហាញថាមានស្ថានភាពរំភើបអន្តរកាលដែលអាចទទួលយកបាននៃ Si, SIH, h និងស្ថានភាពរំភើបរំញ័រនៃ SiH2, SiH3។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ មេសា-០៧-២០២១