1. Pêvajoyên sereke yên depoya buhara kîmyewî ya bi plazmayê ve zêdekirî
Depokirina buxara kîmyewî ya bi plazmaya zêdekirî (PECVD) teknolojiyek nû ye ji bo mezinbûna fîlmên tenik bi rêya reaksiyona kîmyewî ya madeyên gazê bi alîkariya plazmaya derxistina şewqê. Ji ber ku teknolojiya PECVD bi derxistina gazê tê amadekirin, taybetmendiyên reaksiyonê yên plazmaya ne-hevseng bi bandor têne bikar anîn, û moda dabînkirina enerjiyê ya pergala reaksiyonê bi bingehîn tê guhertin. Bi gelemperî, dema ku teknolojiya PECVD ji bo amadekirina fîlmên tenik tê bikar anîn, mezinbûna fîlmên tenik bi giranî sê pêvajoyên bingehîn ên jêrîn vedihewîne.
Pêşî, di plazmaya ne-hevsengiyê de, elektron di qonaxa seretayî de bi gaza reaksiyonê re reaksiyonê dikin da ku gaza reaksiyonê hilweşînin û tevlîheviyek ji îyon û komên çalak çêbikin;
Duyemîn, hemû cureyên komên çalak belav dibin û ber bi rû û dîwarê fîlmê ve diçin, û reaksiyonên duyemîn ên di navbera reaktantan de di heman demê de çêdibin;
Di dawiyê de, hemû cureyên berhemên reaksiyonên seretayî û duyemîn ên ku digihîjin rûyê mezinbûnê têne adsorbkirin û bi rûyê re reaksiyonê dikin, û bi vê yekê molekulên gazê ji nû ve tên berdan.
Bi taybetî, teknolojiya PECVD ya li ser bingeha rêbaza derxistina şewqê dikare gaza reaksiyonê iyonîze bike da ku di bin bandora zeviya elektromagnetîk a derveyî de plazmayê çêbike. Di plazmaya derxistina şewqê de, enerjiya kînetîk a elektronên ku ji hêla zeviya elektrîkê ya derveyî ve têne lezandin bi gelemperî nêzîkî 10ev e, an jî zêdetir e, ku têra hilweşandina girêdanên kîmyewî yên molekulên gaza reaktîf dike. Ji ber vê yekê, bi rêya pevçûna neelastîk a elektronên enerjiya bilind û molekulên gaza reaktîf, molekulên gazê dê werin iyonîzekirin an jî hilweşîn da ku atomên bêalî û hilberên molekulî çêbikin. Îyonên erênî ji hêla zeviya elektrîkê ya lezandina qata iyonê ve têne lezandin û bi elektroda jorîn re li hev dikevin. Her weha zeviyek elektrîkê ya qata iyonê ya piçûk li nêzî elektroda jêrîn heye, ji ber vê yekê substrat jî heya radeyekê ji hêla iyonan ve tê bombebaran kirin. Di encamê de, madeya bêalî ya ku ji hêla hilweşandinê ve tê hilberandin ber bi dîwarê lûleyê û substratê ve belav dibe. Di pêvajoya drift û belavbûnê de, ev perçe û kom (atom û molekulên bêalî yên kîmyewî yên çalak wekî kom têne binav kirin) dê ji ber rêya azad a navînî ya kurt reaksiyona molekulên iyon û reaksiyona molekulên komê derbas bikin. Taybetmendiyên kîmyayî yên madeyên çalak ên kîmyewî (bi piranî kom) ku digihîjin substratê û têne adsorbkirin pir çalak in, û fîlm bi têkiliya di navbera wan de çêdibe.
2. Reaksiyonên kîmyayî di plazmayê de
Ji ber ku teşwîqkirina gaza reaksiyonê di pêvajoya derxistina şewqê de bi giranî lihevketina elektronan e, reaksiyonên bingehîn ên di plazmayê de cûrbecûr in, û têkiliya di navbera plazma û rûyê hişk de jî pir tevlihev e, ku lêkolîna mekanîzmaya pêvajoya PECVD dijwartir dike. Heta niha, gelek pergalên reaksiyonê yên girîng bi ceribandinan hatine çêtirkirin da ku fîlmên bi taybetmendiyên îdeal werin bidestxistin. Ji bo danîna fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê li ser bingeha teknolojiya PECVD, heke mekanîzmaya danînê bi kûrahî were eşkerekirin, rêjeya danîna fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê dikare bi şertê misogerkirina taybetmendiyên fîzîkî yên hêja yên materyalan pir zêde bibe.
Niha, di lêkolîna fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê de, sîlana bi hîdrojenê şilkirî (SiH4) wekî gaza reaksiyonê bi berfirehî tê bikar anîn ji ber ku di fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê de mîqdarek diyarkirî ya hîdrojenê heye. H di fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê de rolek pir girîng dilîze. Ew dikare girêdanên daliqandî yên di avahiya materyalê de tijî bike, asta enerjiya kêmasiyê pir kêm bike, û bi hêsanî kontrola elektrona valansê ya materyalan pêk bîne. Ji ber ku Spear û hevkarên wî yekem car bandora dopîngkirina fîlmên tenik ên silîkonê fêm kirin û girêdana PN ya yekem amade kirin, lêkolîna li ser amadekirin û sepandina fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê li ser bingeha teknolojiya PECVD bi lez û bez pêşketiye. Ji ber vê yekê, reaksiyona kîmyewî ya di fîlmên tenik ên li ser bingeha silîkonê de ku bi teknolojiya PECVD têne razandin dê li jêr were vegotin û nîqaş kirin.
Di şerta şewqa ronî de, ji ber ku elektronên di plazmaya sîlanê de ji çend EV zêdetir enerjiya wan heye, H2 û SiH4 dema ku bi elektronan ve li hev dikevin, dê hilweşin, ku ev yek aîdî reaksiyona seretayî ye. Ger em rewşên ajîtasyonê yên navîn li ber çavan negirin, em dikarin reaksiyonên veqetandina jêrîn ên sihm (M = 0,1,2,3) bi H re bistînin.
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)
Li gorî germahiya standard a hilberandina molekulên rewşa bingehîn, enerjiyên pêwîst ji bo pêvajoyên veqetandinê yên jorîn (2.1) ~ (2.5) bi rêzê ve 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV û 4.5 EV ne. Elektronên enerjiya bilind di plazmayê de dikarin reaksiyonên îyonîzasyonê yên jêrîn jî derbas bikin.
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)
Enerjiya pêwîst ji bo (2.6) ~ (2.9) bi rêzê ve 11.9, 12.3, 13.6 û 15.3 EV ye. Ji ber cudahiya enerjiya reaksiyonê, îhtîmala reaksiyonên (2.1) ~ (2.9) pir nehevseng e. Wekî din, sihm-a ku bi pêvajoya reaksiyonê (2.1) ~ (2.5) çêdibe dê ji bo iyonîzekirinê reaksiyonên duyemîn ên jêrîn derbas bike, wek
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Eger reaksiyona jorîn bi rêya pêvajoyek elektronî ya yekane were kirin, enerjiya pêwîst nêzîkî 12 eV an jî zêdetir e. Ji ber ku hejmara elektronên enerjiya bilind ên li jor 10ev di plazmaya qels iyonîzekirî de bi dendika elektronê ya 1010cm-3 di bin zexta atmosferîk (10-100pa) de ji bo amadekirina fîlmên li ser bingeha silîkonê nisbeten piçûk e, îhtîmala iyonîzasyona berhevkirî bi gelemperî ji îhtîmala hejandinê piçûktir e. Ji ber vê yekê, rêjeya pêkhateyên iyonîzekirî yên jorîn di plazmaya silanê de pir piçûk e, û koma bêalî ya sihm serdest e. Encamên analîza spektruma girseyî jî vê encamê îspat dikin [8]. Bourquard û hevkarên wî jî destnîşan kirin ku rêjeya sihm bi rêza sih3, sih2, Si û SIH kêm bûye, lê rêjeya SiH3 herî zêde sê qat ji ya SIH bû. Robertson û hevkarên wî ragihandin ku di berhemên bêalî yên sihm de, silana paqij bi piranî ji bo derxistina hêza bilind tê bikar anîn, dema ku sih3 bi piranî ji bo derxistina hêza kêm tê bikar anîn. Rêza konsantrasyonê ji bilind ber bi nizm SiH3, SiH, Si, SiH2 bû. Ji ber vê yekê, parametreyên pêvajoya plazmayê bandorek xurt li ser pêkhateya berhemên bêalî yên sihm dikin.
Ji bilî reaksiyonên veqetandin û îyonîzasyonê yên li jor, reaksiyonên duyemîn ên di navbera molekulên îyonîk de jî pir girîng in.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Ji ber vê yekê, ji hêla rêjeya îyonan ve, sih3+ ji sih2+ zêdetir e. Ev dikare rave bike ka çima di plazmaya SiH4 de îyonên sih3+ ji îyonên sih2+ bêtir hene.
Wekî din, reaksiyoneke lihevketina atomên molekulî dê çêbibe ku tê de atomên hîdrojenê yên di plazmayê de hîdrojena di SiH4 de digirin.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Ew reaksiyonek exotermîk e û pêşengek ji bo çêbûna si2h6 e. Bê guman, ev kom ne tenê di rewşa bingehîn de ne, lê di heman demê de di plazmayê de ber bi rewşa ajîtasyonê ve jî tên ajîtasyonkirin. Spektrên emisyonê yên plazmaya sîlanê nîşan didin ku rewşên ajîtasyonê yên veguhêz ên optîkî yên Si, SIH, h, û rewşên ajîtasyonê yên vibrasyonî yên SiH2, SiH3 hene.
Dema weşandinê: 07-04-2021