1. Processus principales depositionis vaporis chemici plasma aucti
Depositio vaporis chemici plasmate aucta (PECVD) est nova technologia ad pelliculas tenues crescendas per reactionem chemicam substantiarum gaseosarum ope plasmatis emissionis luminis. Quia technologia PECVD per emissionem gasis praeparatur, proprietates reactionis plasmatis non aequilibrii efficaciter adhibentur, et modus energiae suppeditandae systematis reactionis fundamentaliter mutatur. Generaliter loquendo, cum technologia PECVD ad pelliculas tenues praeparandas adhibetur, crescentia pellicularum tenuium praecipue hos tres processus basicos includit.
Primo, in plasma non-aequilibrio, electrones cum gase reactionis in stadio primario reagunt ut gas reactionis dissolvantur et mixturam ionum et gregum activorum forment;
Deinde, omnes generis greges activos diffunduntur et transportantur ad superficiem et parietem pelliculae, et reactiones secundariae inter reactantes simul fiunt;
Denique, omne genus productorum reactionis primariorum et secundariorum superficiem accretionis attingentium adsorbentur et cum superficie reagunt, una cum iterata emissione molecularum gaseosarum.
Speciatim, technologia PECVD, quae in methodo emissionis lucentis innititur, gas reactionis sub excitatione campi electromagnetici externi ionizare potest ad plasmam formandum. In plasma emissionis lucentis, energia cinetica electronum a campo electrico externo acceleratorum plerumque est circiter 10 eV, vel etiam maior, quod sufficit ad vincula chemica molecularum gasis reactivorum destruenda. Ergo, per collisionem inelasticam electronum altae energiae et molecularum gasis reactivorum, moleculae gasis ionizabuntur vel decomponentur ad atomos neutros et producta molecularia producenda. Iones positivi a campo electrico accelerante strati ionici accelerantur et cum electrodo superiore colliduntur. Parvus etiam campus electricus strati ionici prope electrodum inferiorem est, ita substratum etiam quodammodo ab ionibus bombardatur. Proinde, substantia neutra a decompositione producta ad parietem tubi et substratum diffunditur. In processu fluctuationis et diffusionis, hae particulae et greges (atomi et moleculae neutrae chemice activae greges appellantur) reactionem moleculae ionicae et reactionem moleculae gregalis subibunt propter viam liberam mediam brevem. Proprietates chemicae substantiarum chemicarum activarum (praesertim coetuum) quae substratum attingunt et adsorbentur valde activae sunt, et pellicula per interactionem inter eas formatur.
2. Reactiones chemicae in plasma
Quia excitatio gasis reactionis in processu emissionis luminis praecipue collisio electronica est, reactiones elementares in plasma variae sunt, et interactio inter plasmam et superficiem solidam etiam valde complexa est, quod studium mechanismi processus PECVD difficilius reddit. Hactenus, multa systemata reactionis magni momenti per experimenta optimizata sunt ad pelliculas cum proprietatibus idealibus obtinendas. Ad depositionem pellicularum tenuium silicii fundatarum in technologia PECVD fundatarum, si mechanismus depositionis profunde revelari potest, celeritas depositionis pellicularum tenuium silicii fundatarum magnopere augeri potest, sub praemissa proprietates physicas excellentes materiarum confirmandas.
In praesenti tempore, in investigatione pellicularum tenuium silicii fundatarum, silanum hydrogenio dilutum (SiH4) late ut gas reactionis adhibetur, quia certa hydrogenii quantitas in pelliculis tenuibus silicii fundatis est. H₂ partes magni momenti in pelliculis tenuibus silicii fundatis agit. Nexus pendentes in structura materiae implere, gradum energiae vitiorum magnopere reducere, et facile imperium electronicum valentiae materiae assequi potest. Ex quo Spear et al. primum effectum dopandi pellicularum tenuium silicii fundatarum animadverterunt et primam iuncturam PN anno [insert date] paraverunt, investigatio de praeparatione et applicatione pellicularum tenuium silicii fundatarum, quae technologia PECVD utuntur, immenso progressa est. Quapropter, reactio chemica in pelliculis tenuibus silicii fundatis, quae per technologiam PECVD deponuntur, in sequentibus describetur et tractabitur.
Sub condicione emissionis luminis, quia electrones in plasmate silanico plus quam aliquot energiae EV habent, H2 et SiH4 cum ab electronibus colliduntur decomponuntur, quod ad reactionem primariam pertinet. Si status excitatos intermedios non consideramus, sequentes reactiones dissociationis sihm (M = 0,1,2,3) cum H obtinere possumus.
e+SiH⁴ → SiH₂+H₂+e (2.1)
e+SiH4→SiH3+H+e (2.2)
e+SiH4→Si+2H2+e (2.3)
e+SiH⁴→SiH+H⁶+H+e (2.4)
e+H²→2H+e (2.5)
Secundum calorem productionis normam molecularum status fundamentalis, energiae requisitae pro processibus dissociationis supra dictis (2.1) ~ (2.5) sunt 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV et 4.5 EV respective. Electrona altae energiae in plasma etiam sequentes reactiones ionizationis subire possunt.
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)
Energia requisita pro (2.6) ~ (2.9) est 11.9, 12.3, 13.6 et 15.3 EV respective. Propter differentiam energiae reactionis, probabilitas reactionum (2.1) ~ (2.9) valde inaequalis est. Praeterea, sihm formatum per processum reactionis (2.1) ~ (2.5) sequentes reactiones secundarias subibit ad ionizandum, ut
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH²+e → SiH²++²e (2.11)
SiH3+e → SiH3++2e (2.12)
Si reactio supradicta per processum unius electronis perficitur, energia requisita est circiter 12 eV vel plus. Cum numerus electronum altae energiae supra 10 eV in plasmate debiliter ionizato cum densitate electronica 1010 cm⁻³ relative parvus sit sub pressione atmosphaerica (10-100 Pa) ad praeparationem pellicularum silicii fundatarum, probabilitas ionizationis cumulativa plerumque minor est quam probabilitas excitationis. Ergo, proportio compositorum supradictorum ionizatorum in plasmate silanico valde parva est, et grex neutrus sihm dominatur. Resultata analyseos spectri massae etiam hanc conclusionem probant [8]. Bourquard et al. porro demonstraverunt concentrationem sihm ordine sih3, sih2, Si et SIH decrevisse, sed concentrationem SiH3 ad summum triplicem esse quam SIH. Robertson et al. rettulerunt in productis neutris sihm, silanum purum praecipue ad exonerationem magnae potentiae adhibitum esse, dum sih3 praecipue ad exonerationem parvae potentiae adhibitum esse. Ordo concentrationis ab maxima ad minimam erat SiH3, SiH, Si, SiH2. Quapropter, parametri processus plasmatis compositionem productorum sihm neutrorum vehementer afficiunt.
Praeter supradictas reactiones dissociationis et ionizationis, reactiones secundariae inter moleculas ionicas etiam magni momenti sunt.
SiH2＋+SiH4 →SiH3++SiH3 (2.13)
Ergo, quod ad concentrationem ionum attinet, Sih³+ maior est quam Sih²+. Hoc explicare potest cur plures iones Sih³+ quam iones Sih²+ in plasma SiH₄ sint.
Praeterea, erit reactio collisionis atomorum molecularium in qua atomi hydrogenii in plasma hydrogenium in SiH4 capiunt.
H + SiH4 → SiH3 + H2 (2.14)
Haec est reactio exothermica et praecursor formationis Si₂H₆. Scilicet, hae catervae non solum in statu fundamentali sunt, sed etiam ad statum excitatum in plasma excitantur. Spectra emissionis plasmatis silani ostendunt status excitatos transitionis Si, SIH, h optice admissibiles, et status excitatos vibrationales SiH₂, SiH₃.
Tempus publicationis: VII Aprilis MMXXI