1. ຂະບວນການຫຼັກຂອງການສະສົມໄອນ້ຳເຄມີທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນ plasma
ການສະສົມໄອເຄມີທີ່ເສີມດ້ວຍພລາສມາ (PECVD) ເປັນເທັກໂນໂລຢີໃໝ່ສຳລັບການເຕີບໂຕຂອງຟິມບາງໆໂດຍປະຕິກິລິຍາເຄມີຂອງສານທີ່ເປັນແກັສດ້ວຍການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງພລາສມາທີ່ປ່ອຍແສງ. ເນື່ອງຈາກເທັກໂນໂລຢີ PECVD ຖືກກະກຽມໂດຍການປ່ອຍອາຍແກັສ, ລັກສະນະປະຕິກິລິຍາຂອງພລາສມາທີ່ບໍ່ສົມດຸນຈຶ່ງຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ແລະຮູບແບບການສະໜອງພະລັງງານຂອງລະບົບປະຕິກິລິຍາກໍ່ມີການປ່ຽນແປງຢ່າງພື້ນຖານ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ເມື່ອເທັກໂນໂລຢີ PECVD ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອກະກຽມຟິມບາງໆ, ການເຕີບໂຕຂອງຟິມບາງໆສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີສາມຂະບວນການພື້ນຖານຕໍ່ໄປນີ້.
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ໃນ plasma ທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, ເອເລັກຕຣອນປະຕິກິລິຍາກັບອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາໃນຂັ້ນຕອນທຳອິດເພື່ອເນົ່າເປື່ອຍອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາ ແລະ ປະກອບເປັນສ່ວນປະສົມຂອງໄອອອນ ແລະ ກຸ່ມທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ;
ອັນທີສອງ, ກຸ່ມທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທຸກປະເພດແຜ່ກະຈາຍ ແລະ ຂົນສົ່ງໄປຫາໜ້າດິນ ແລະ ຝາຂອງຟິມ, ແລະ ປະຕິກິລິຍາທີສອງລະຫວ່າງສານຕັ້ງຕົ້ນເກີດຂຶ້ນໃນເວລາດຽວກັນ;
ສຸດທ້າຍ, ຜະລິດຕະພັນປະຕິກິລິຍາຂັ້ນຕົ້ນ ແລະ ຂັ້ນສອງທຸກປະເພດທີ່ບັນລຸໜ້າດິນທີ່ເຕີບໃຫຍ່ຈະຖືກດູດຊຶມ ແລະ ປະຕິກິລິຍາກັບໜ້າດິນ, ພ້ອມກັບການປ່ອຍໂມເລກຸນອາຍແກັສຄືນໃໝ່.
ໂດຍສະເພາະ, ເຕັກໂນໂລຊີ PECVD ໂດຍອີງໃສ່ວິທີການປ່ອຍແສງສາມາດເຮັດໃຫ້ອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາໄອອອນກາຍເປັນພລາສມາພາຍໃຕ້ການກະຕຸ້ນຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າພາຍນອກ. ໃນພລາສມາປ່ອຍແສງ, ພະລັງງານຈົນຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ຖືກເລັ່ງໂດຍສະໜາມໄຟຟ້າພາຍນອກມັກຈະປະມານ 10ev, ຫຼືສູງກວ່າ, ເຊິ່ງພຽງພໍທີ່ຈະທຳລາຍພັນທະທາງເຄມີຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ມີປະຕິກິລິຍາ. ດັ່ງນັ້ນ, ຜ່ານການປະທະກັນທີ່ບໍ່ຍືດຫຍຸ່ນຂອງເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງ ແລະ ໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ມີປະຕິກິລິຍາ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສຈະຖືກໄອອອນ ຫຼື ເນົ່າເປື່ອຍເພື່ອຜະລິດອະຕອມທີ່ເປັນກາງ ແລະ ຜະລິດຕະພັນໂມເລກຸນ. ໄອອອນບວກຖືກເລັ່ງໂດຍສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເລັ່ງຊັ້ນໄອອອນ ແລະ ປະທະກັບເອເລັກໂຕຣດດ້ານເທິງ. ນອກຈາກນີ້ຍັງມີສະໜາມໄຟຟ້າຊັ້ນໄອອອນຂະໜາດນ້ອຍຢູ່ໃກ້ກັບເອເລັກໂຕຣດດ້ານລຸ່ມ, ດັ່ງນັ້ນຊັ້ນໃຕ້ດິນຈຶ່ງຖືກລະເບີດໂດຍໄອອອນໃນລະດັບໃດໜຶ່ງ. ດັ່ງນັ້ນ, ສານທີ່ເປັນກາງທີ່ຜະລິດໂດຍການເນົ່າເປື່ອຍຈະແຜ່ກະຈາຍໄປຫາຝາທໍ່ ແລະ ຊັ້ນໃຕ້ດິນ. ໃນຂະບວນການຂອງການລອຍ ແລະ ການແຜ່ກະຈາຍ, ອະນຸພາກ ແລະ ກຸ່ມເຫຼົ່ານີ້ (ອະຕອມ ແລະ ໂມເລກຸນທີ່ເປັນກາງທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທາງເຄມີເອີ້ນວ່າກຸ່ມ) ຈະຜ່ານປະຕິກິລິຍາໂມເລກຸນໄອອອນ ແລະ ປະຕິກິລິຍາໂມເລກຸນກຸ່ມເນື່ອງຈາກເສັ້ນທາງເສລີສະເລ່ຍສັ້ນ. ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງສານເຄມີທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ (ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນກຸ່ມ) ທີ່ໄປຮອດຊັ້ນໃຕ້ດິນ ແລະ ຖືກດູດຊຶມແມ່ນມີການເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍ, ແລະ ຟິມດັ່ງກ່າວກໍ່ຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍການພົວພັນລະຫວ່າງພວກມັນ.
2. ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນ plasma
ເນື່ອງຈາກການກະຕຸ້ນຂອງອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາໃນຂະບວນການປ່ອຍແສງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນການປະທະກັນຂອງເອເລັກຕຣອນ, ປະຕິກິລິຍາພື້ນຖານໃນພລາສມາແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ແລະການພົວພັນລະຫວ່າງພລາສມາແລະພື້ນຜິວແຂງກໍ່ມີຄວາມສັບສົນຫຼາຍ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມັນຍາກກວ່າທີ່ຈະສຶກສາກົນໄກຂອງຂະບວນການ PECVD. ມາຮອດປະຈຸບັນ, ລະບົບປະຕິກິລິຍາທີ່ສຳຄັນຫຼາຍຢ່າງໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດໂດຍການທົດລອງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຟິມທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ເໝາະສົມ. ສຳລັບການວາງຟິມບາງໆທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນໂດຍອີງໃສ່ເຕັກໂນໂລຊີ PECVD, ຖ້າກົນໄກການວາງສາມາດເປີດເຜີຍໄດ້ຢ່າງເລິກເຊິ່ງ, ອັດຕາການວາງຟິມບາງໆທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການຂອງການຮັບປະກັນຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບທີ່ດີເລີດຂອງວັດສະດຸ.
ໃນປະຈຸບັນ, ໃນການຄົ້ນຄວ້າຟິມບາງທີ່ມີຊິລິກອນເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກ, ໄຊເລນໄຮໂດຣເຈນທີ່ເຈືອຈາງ (SiH4) ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນອາຍແກັສປະຕິກິລິຍາເນື່ອງຈາກມີໄຮໂດຣເຈນຢູ່ໃນປະລິມານທີ່ແນ່ນອນໃນຟິມບາງທີ່ມີຊິລິກອນເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກ. H ມີບົດບາດສຳຄັນຫຼາຍໃນຟິມບາງທີ່ມີຊິລິກອນເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກ. ມັນສາມາດຕື່ມພັນທະບັດທີ່ຫ້ອຍຢູ່ໃນໂຄງສ້າງວັດສະດຸ, ຫຼຸດຜ່ອນລະດັບພະລັງງານຂໍ້ບົກຜ່ອງລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະຮັບຮູ້ການຄວບຄຸມອີເລັກຕຣອນວາເລນຂອງວັດສະດຸໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ. ນັບຕັ້ງແຕ່ spear et al. ໄດ້ຮັບຮູ້ເຖິງຜົນກະທົບຂອງການເສີມຂອງຟິມບາງຊິລິກອນເປັນຄັ້ງທຳອິດ ແລະ ກະກຽມຈຸດຕໍ່ PN ທຳອິດໃນປີ 2000, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບການກະກຽມ ແລະ ການນຳໃຊ້ຟິມບາງທີ່ມີຊິລິກອນເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກໂດຍອີງໃສ່ເຕັກໂນໂລຊີ PECVD ໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນຢ່າງກ້າວກະໂດດ. ດັ່ງນັ້ນ, ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນຟິມບາງທີ່ມີຊິລິກອນເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກທີ່ຝາກໄວ້ໂດຍເຕັກໂນໂລຊີ PECVD ຈະຖືກອະທິບາຍ ແລະ ສົນທະນາຕໍ່ໄປນີ້.
ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປ່ອຍແສງ, ເນື່ອງຈາກເອເລັກຕຣອນໃນ plasma silane ມີພະລັງງານ EV ຫຼາຍກວ່າຫຼາຍ, H2 ແລະ SiH4 ຈະເນົ່າເປື່ອຍເມື່ອພວກມັນຖືກປະທະກັນໂດຍເອເລັກຕຣອນ, ເຊິ່ງເປັນຂອງປະຕິກິລິຍາຂັ້ນຕົ້ນ. ຖ້າພວກເຮົາບໍ່ພິຈາລະນາສະຖານະທີ່ຕື່ນເຕັ້ນລະດັບກາງ, ພວກເຮົາສາມາດໄດ້ຮັບປະຕິກິລິຍາການແຍກຕົວຂອງ sihm (M = 0,1,2,3) ກັບ H ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້.
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)
ອີງຕາມຄວາມຮ້ອນມາດຕະຖານຂອງການຜະລິດຂອງໂມເລກຸນສະຖານະພື້ນດິນ, ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການສຳລັບຂະບວນການແຍກຕົວຂ້າງເທິງ (2.1) ~ (2.5) ແມ່ນ 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ແລະ 4.5 EV ຕາມລຳດັບ. ເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງໃນ plasma ຍັງສາມາດເກີດປະຕິກິລິຍາໄອອອນໄນເຊຊັນຕໍ່ໄປນີ້ໄດ້
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)
ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການສຳລັບ (2.6) ~ (2.9) ແມ່ນ 11.9, 12.3, 13.6 ແລະ 15.3 EV ຕາມລຳດັບ. ເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງພະລັງງານປະຕິກິລິຍາ, ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງປະຕິກິລິຍາ (2.1) ~ (2.9) ແມ່ນບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີຫຼາຍ. ນອກຈາກນັ້ນ, sihm ທີ່ເກີດຂຶ້ນຈາກຂະບວນການປະຕິກິລິຍາ (2.1) ~ (2.5) ຈະຜ່ານປະຕິກິລິຍາຮອງຕໍ່ໄປນີ້ເພື່ອ ionize, ເຊັ່ນ:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e → SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
ຖ້າປະຕິກິລິຍາຂ້າງເທິງນີ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍວິທີການຂອງຂະບວນການເອເລັກຕຣອນດຽວ, ພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການແມ່ນປະມານ 12 eV ຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ. ເນື່ອງຈາກຄວາມຈິງທີ່ວ່າຈຳນວນເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງທີ່ສູງກວ່າ 10ev ໃນພລາສມາທີ່ມີໄອອອນອ່ອນໆທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງເອເລັກຕຣອນ 1010cm-3 ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງນ້ອຍພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນຂອງບັນຍາກາດ (10-100pa) ສຳລັບການກະກຽມຟິມທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນ, ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການໄອອອນໄນເຊຊັນທີ່ສະສົມໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນນ້ອຍກວ່າຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກະຕຸ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ສັດສ່ວນຂອງສານປະກອບໄອອອນໄນເຊຊັນຂ້າງເທິງໃນພລາສມາຊິເລນແມ່ນນ້ອຍຫຼາຍ, ແລະກຸ່ມທີ່ເປັນກາງຂອງ sihm ແມ່ນເດັ່ນ. ຜົນການວິເຄາະສະເປກຕຣຳມວນສານຍັງພິສູດການສະຫຼຸບນີ້ [8]. Bourquard ແລະຄະນະໄດ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຕື່ມອີກວ່າຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ sihm ຫຼຸດລົງຕາມລຳດັບຂອງ sih3, sih2, Si ແລະ SIH, ແຕ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ SiH3 ແມ່ນສູງສຸດສາມເທົ່າຂອງ SIH. Robertson ແລະຄະນະໄດ້ລາຍງານວ່າໃນຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນກາງຂອງ sihm, ໄຊເລນບໍລິສຸດສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສຳລັບການປະທຸພະລັງງານສູງ, ໃນຂະນະທີ່ sih3 ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສຳລັບການປະທຸພະລັງງານຕ່ຳ. ລຳດັບຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຈາກສູງຫາຕໍ່າແມ່ນ SiH3, SiH, Si, SiH2. ດັ່ງນັ້ນ, ພາລາມິເຕີຂະບວນການ plasma ມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ອົງປະກອບຂອງຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນກາງຂອງ sihm.
ນອກເໜືອໄປຈາກການແຍກຕົວ ແລະ ປະຕິກິລິຍາໄອອອນໄນເຊຊັນທີ່ກ່າວມາຂ້າງເທິງ, ປະຕິກິລິຍາຂັ້ນສອງລະຫວ່າງໂມເລກຸນໄອອອນກໍ່ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເຊັ່ນກັນ.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
ດັ່ງນັ້ນ, ໃນແງ່ຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໄອອອນ, sih3+ ແມ່ນຫຼາຍກວ່າ sih2+. ມັນສາມາດອະທິບາຍໄດ້ວ່າເປັນຫຍັງມີໄອອອນ sih3+ ຫຼາຍກວ່າໄອອອນ sih2+ ໃນ plasma SiH4.
ນອກຈາກນັ້ນ, ຈະມີປະຕິກິລິຍາການປະທະກັນຂອງອະຕອມໂມເລກຸນ ເຊິ່ງອະຕອມໄຮໂດຣເຈນໃນ plasma ຈະຈັບເອົາໄຮໂດຣເຈນໃນ SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
ມັນເປັນປະຕິກິລິຍາຄາຍຄວາມຮ້ອນ ແລະ ເປັນຕົວກ່ອນສຳລັບການສ້າງ si2h6. ແນ່ນອນ, ກຸ່ມເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ຢູ່ໃນສະຖານະພື້ນດິນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງຖືກກະຕຸ້ນໃຫ້ກັບສະຖານະທີ່ກະຕຸ້ນໃນ plasma. ສະເປກຕຣຳການປ່ອຍຂອງ plasma silane ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີສະຖານະທີ່ກະຕຸ້ນການປ່ຽນແປງທີ່ຍອມຮັບໄດ້ທາງ optical ຂອງ Si, SIH, h, ແລະ ສະຖານະທີ່ກະຕຸ້ນດ້ວຍການສັ່ນສະເທືອນຂອງ SiH2, SiH3.
ເວລາໂພສ: ເມສາ-07-2021