1. പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപത്തിന്റെ പ്രധാന പ്രക്രിയകൾ
ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്ലാസ്മയുടെ സഹായത്തോടെ വാതക വസ്തുക്കളുടെ രാസപ്രവർത്തനം വഴി നേർത്ത ഫിലിമുകൾ വളർത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് പ്ലാസ്മ എൻഹാൻസ്ഡ് കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (PECVD). PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ വാതക ഡിസ്ചാർജ് ഉപയോഗിച്ചാണ് തയ്യാറാക്കുന്നത് എന്നതിനാൽ, നോൺ-ഇക്വിലിബ്രിയം പ്ലാസ്മയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തന സവിശേഷതകൾ ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു, കൂടാതെ പ്രതിപ്രവർത്തന സംവിധാനത്തിന്റെ ഊർജ്ജ വിതരണ രീതി അടിസ്ഥാനപരമായി മാറുന്നു. പൊതുവായി പറഞ്ഞാൽ, നേർത്ത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ വളർച്ചയിൽ പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന മൂന്ന് അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു.
ഒന്നാമതായി, നോൺ-ഇക്വിലിബ്രിയം പ്ലാസ്മയിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രാഥമിക ഘട്ടത്തിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തെ വിഘടിപ്പിച്ച് അയോണുകളുടെയും സജീവ ഗ്രൂപ്പുകളുടെയും മിശ്രിതം ഉണ്ടാക്കുന്നു;
രണ്ടാമതായി, എല്ലാത്തരം സജീവ ഗ്രൂപ്പുകളും ഫിലിമിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്കും ഭിത്തിയിലേക്കും വ്യാപിക്കുകയും കൊണ്ടുപോകുകയും ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ റിയാക്ടന്റുകൾ തമ്മിലുള്ള ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ ഒരേ സമയം സംഭവിക്കുന്നു;
അവസാനമായി, വളർച്ചാ പ്രതലത്തിൽ എത്തുന്ന എല്ലാത്തരം പ്രാഥമിക, ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഉപരിതലവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അതോടൊപ്പം വാതക തന്മാത്രകൾ വീണ്ടും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു.
പ്രത്യേകിച്ച്, ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് രീതിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ, ബാഹ്യ വൈദ്യുതകാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ഉത്തേജനത്തിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തെ അയോണീകരിക്കുകയും പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യും. ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്ലാസ്മയിൽ, ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഗതികോർജ്ജം സാധാരണയായി ഏകദേശം 10ev അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലായിരിക്കും, ഇത് പ്രതിപ്രവർത്തന വാതക തന്മാത്രകളുടെ രാസബന്ധങ്ങളെ നശിപ്പിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്. അതിനാൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും പ്രതിപ്രവർത്തന വാതക തന്മാത്രകളുടെയും ഇലാസ്റ്റിക് കൂട്ടിയിടിയിലൂടെ, വാതക തന്മാത്രകൾ അയോണീകരിക്കപ്പെടുകയോ വിഘടിപ്പിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്ത് നിഷ്പക്ഷ ആറ്റങ്ങളും തന്മാത്രാ ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ഉത്പാദിപ്പിക്കും. അയോൺ പാളി ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലം പോസിറ്റീവ് അയോണുകളെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും മുകളിലെ ഇലക്ട്രോഡുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. താഴത്തെ ഇലക്ട്രോഡിന് സമീപം ഒരു ചെറിയ അയോൺ പാളി വൈദ്യുത മണ്ഡലവുമുണ്ട്, അതിനാൽ അടിവസ്ത്രം ഒരു പരിധിവരെ അയോണുകളാൽ ആക്രമിക്കപ്പെടുന്നു. തൽഫലമായി, വിഘടനം വഴി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന നിഷ്പക്ഷ പദാർത്ഥം ട്യൂബ് ഭിത്തിയിലേക്കും അടിവസ്ത്രത്തിലേക്കും വ്യാപിക്കുന്നു. ഡ്രിഫ്റ്റിന്റെയും വ്യാപനത്തിന്റെയും പ്രക്രിയയിൽ, ഈ കണികകളും ഗ്രൂപ്പുകളും (രാസപരമായി സജീവമായ നിഷ്പക്ഷ ആറ്റങ്ങളെയും തന്മാത്രകളെയും ഗ്രൂപ്പുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു) ചെറിയ ശരാശരി സ്വതന്ത്ര പാത കാരണം അയോൺ തന്മാത്രാ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനും ഗ്രൂപ്പ് തന്മാത്രാ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനും വിധേയമാകും. കെമിക്കൽ ആക്റ്റീവ് പദാർത്ഥങ്ങളുടെ (പ്രധാനമായും ഗ്രൂപ്പുകൾ) കെമിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തുകയും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അവ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് ഫിലിം രൂപപ്പെടുന്നത്.
2. പ്ലാസ്മയിലെ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ
ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്രക്രിയയിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തിന്റെ ഉത്തേജനം പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രോൺ കൂട്ടിയിടി ആയതിനാൽ, പ്ലാസ്മയിലെ പ്രാഥമിക പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ പ്ലാസ്മയും ഖര പ്രതലവും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനവും വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണ്, ഇത് PECVD പ്രക്രിയയുടെ സംവിധാനം പഠിക്കുന്നത് കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. ഇതുവരെ, പല പ്രധാനപ്പെട്ട പ്രതിപ്രവർത്തന സംവിധാനങ്ങളും പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, അനുയോജ്യമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഫിലിമുകൾ ലഭിക്കുന്നതിന്. PECVD സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ നിക്ഷേപത്തിനായി, നിക്ഷേപ സംവിധാനം ആഴത്തിൽ വെളിപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, വസ്തുക്കളുടെ മികച്ച ഭൗതിക സവിശേഷതകൾ ഉറപ്പാക്കുന്നതിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ നിക്ഷേപ നിരക്ക് വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.
നിലവിൽ, സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ ഗവേഷണത്തിൽ, ഹൈഡ്രജൻ നേർപ്പിച്ച സിലെയ്ൻ (SiH4) പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകമായി വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, കാരണം സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ ഹൈഡ്രജൻ ഉണ്ട്. സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ H വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഇതിന് മെറ്റീരിയൽ ഘടനയിലെ തൂങ്ങിക്കിടക്കുന്ന ബോണ്ടുകൾ നിറയ്ക്കാനും, വൈകല്യ ഊർജ്ജ നില വളരെയധികം കുറയ്ക്കാനും, വസ്തുക്കളുടെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോൺ നിയന്ത്രണം എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാനും കഴിയും. സ്പിയർ തുടങ്ങിയവർ ആദ്യം സിലിക്കൺ നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ ഡോപ്പിംഗ് പ്രഭാവം മനസ്സിലാക്കുകയും ആദ്യത്തെ PN ജംഗ്ഷൻ തയ്യാറാക്കുകയും ചെയ്തതിനുശേഷം, PECVD സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ തയ്യാറാക്കലിനെയും പ്രയോഗത്തെയും കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം കുതിച്ചുചാട്ടത്തിലൂടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. അതിനാൽ, PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ നിക്ഷേപിക്കുന്ന സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളിലെ രാസപ്രവർത്തനം ഇനിപ്പറയുന്നവയിൽ വിവരിക്കുകയും ചർച്ച ചെയ്യുകയും ചെയ്യും.
സിലേയ്ൻ പ്ലാസ്മയിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഒന്നിലധികം EV ഊർജ്ജം ഉള്ളതിനാൽ, ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് അവസ്ഥയിൽ, പ്രാഥമിക പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോൾ H2 ഉം SiH4 ഉം വിഘടിക്കുന്നു. ഇന്റർമീഡിയറ്റ് എക്സൈറ്റഡ് അവസ്ഥകൾ പരിഗണിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, H യുമായി സിഹ്മിന്റെ (M = 0,1,2,3) ഇനിപ്പറയുന്ന വിഘടന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ നമുക്ക് ലഭിക്കും.
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്2+എച്ച്2+ഇ (2.1)
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്3+ എച്ച്+ഇ (2.2)
ഇ+സിഎച്ച്4→സി+2എച്ച്2+ഇ (2.3)
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്+എച്ച്2+എച്ച്+ഇ (2.4)
ഇ+എച്ച്2→2എച്ച്+ഇ (2.5)
ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റ് തന്മാത്രകളുടെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് താപ ഉൽപാദനം അനുസരിച്ച്, മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിഘടിപ്പിക്കൽ പ്രക്രിയകൾക്ക് (2.1) ~ (2.5) ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം യഥാക്രമം 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV, 4.5 EV എന്നിവയാണ്. പ്ലാസ്മയിലെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന അയോണൈസേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്കും വിധേയമാകാം.
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്2++എച്ച്2+2ഇ (2.6)
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്3++ എച്ച്+2ഇ (2.7)
ഇ+സിഎച്ച്4→സി++2എച്ച്2+2ഇ (2.8)
ഇ+സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്+എച്ച്2+എച്ച്+2ഇ (2.9)
(2.6) ~ (2.9) ന് ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം യഥാക്രമം 11.9, 12.3, 13.6, 15.3 EV എന്നിവയാണ്. പ്രതിപ്രവർത്തന ഊർജ്ജത്തിലെ വ്യത്യാസം കാരണം, (2.1) ~ (2.9) പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ സാധ്യത വളരെ അസമമാണ്. കൂടാതെ, പ്രതിപ്രവർത്തന പ്രക്രിയ (2.1) ~ (2.5) ഉപയോഗിച്ച് രൂപം കൊള്ളുന്ന സിഹ്ം അയോണീകരിക്കുന്നതിന് ഇനിപ്പറയുന്ന ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകും, ഉദാഹരണത്തിന്
സിഎച്ച്+ഇ→സിഎച്ച്++2ഇ (2.10)
സിഎച്ച്2+ഇ→സിഎച്ച്2++2ഇ (2.11)
സിഎച്ച്3+ഇ→സിഎച്ച്3++2ഇ (2.12)
മുകളിൽ പറഞ്ഞ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഒരൊറ്റ ഇലക്ട്രോൺ പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ് നടത്തുന്നതെങ്കിൽ, ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം ഏകദേശം 12 eV അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലായിരിക്കും. 1010cm-3 ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രതയുള്ള ദുർബലമായ അയോണൈസ്ഡ് പ്ലാസ്മയിൽ 10ev ന് മുകളിലുള്ള ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിൽ (10-100pa) സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിന് താരതമ്യേന ചെറുതാണെന്ന വസ്തുത കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, സഞ്ചിത അയോണൈസേഷൻ സാധ്യത സാധാരണയായി ഉത്തേജന സാധ്യതയേക്കാൾ ചെറുതാണ്. അതിനാൽ, സൈലെയിൻ പ്ലാസ്മയിലെ മുകളിലുള്ള അയോണൈസ്ഡ് സംയുക്തങ്ങളുടെ അനുപാതം വളരെ ചെറുതാണ്, കൂടാതെ സിഹ്മിന്റെ ന്യൂട്രൽ ഗ്രൂപ്പ് പ്രബലമാണ്. മാസ് സ്പെക്ട്രം വിശകലന ഫലങ്ങളും ഈ നിഗമനത്തെ തെളിയിക്കുന്നു [8]. ബർക്വാർഡ് തുടങ്ങിയവർ. സിഹ്മിന്റെ സാന്ദ്രത sih3, sih2, Si, SIH എന്നിവയുടെ ക്രമത്തിൽ കുറഞ്ഞുവെന്ന് ചൂണ്ടിക്കാട്ടി, പക്ഷേ SiH3 ന്റെ സാന്ദ്രത SIH ന്റെ മൂന്നിരട്ടിയായിരുന്നു. റോബർട്ട്സൺ തുടങ്ങിയവർ. സിഹ്മിന്റെ ന്യൂട്രൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ, ശുദ്ധമായ സൈലെയ്ൻ പ്രധാനമായും ഉയർന്ന പവർ ഡിസ്ചാർജിനായി ഉപയോഗിച്ചുവെന്നും, സിഹ്3 പ്രധാനമായും കുറഞ്ഞ പവർ ഡിസ്ചാർജിനായി ഉപയോഗിച്ചുവെന്നും റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടു. ഉയർന്നതിൽ നിന്ന് താഴ്ന്നതിലേക്കുള്ള സാന്ദ്രതയുടെ ക്രമം SiH3, SiH, Si, SiH2 ആയിരുന്നു. അതിനാൽ, പ്ലാസ്മ പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകൾ സിഹ്ം ന്യൂട്രൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഘടനയെ ശക്തമായി ബാധിക്കുന്നു.
മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിഘടന, അയോണൈസേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് പുറമേ, അയോണിക തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും വളരെ പ്രധാനമാണ്.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
അതിനാൽ, അയോൺ സാന്ദ്രതയുടെ കാര്യത്തിൽ, sih3 + എന്നത് sih2 + നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. SiH4 പ്ലാസ്മയിൽ sih2 + അയോണുകളേക്കാൾ കൂടുതൽ sih3 + അയോണുകൾ ഉള്ളത് എന്തുകൊണ്ടെന്ന് ഇത് വിശദീകരിക്കും.
കൂടാതെ, പ്ലാസ്മയിലെ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ SiH4 ലെ ഹൈഡ്രജനെ പിടിച്ചെടുക്കുന്ന ഒരു തന്മാത്രാ ആറ്റ കൂട്ടിയിടി പ്രതിപ്രവർത്തനവും ഉണ്ടാകും.
എച്ച്+ സിഎച്ച്4→സിഎച്ച്3+എച്ച്2 (2.14)
ഇത് ഒരു എക്സോതെർമിക് പ്രതിപ്രവർത്തനവും si2h6 രൂപീകരണത്തിന് ഒരു മുന്നോടിയുമാണ്. തീർച്ചയായും, ഈ ഗ്രൂപ്പുകൾ ഗ്രൗണ്ട് അവസ്ഥയിൽ മാത്രമല്ല, പ്ലാസ്മയിലെ ഉത്തേജിത അവസ്ഥയിലേക്ക് ഉത്തേജിതവുമാണ്. സൈലെയിൻ പ്ലാസ്മയുടെ എമിഷൻ സ്പെക്ട്ര കാണിക്കുന്നത് Si, SIH, h എന്നിവയുടെ ഒപ്റ്റിക്കലായി സ്വീകാര്യമായ സംക്രമണ ഉത്തേജിത അവസ്ഥകളും SiH2, SiH3 ന്റെ വൈബ്രേഷണൽ ഉത്തേജിത അവസ്ഥകളും ഉണ്ടെന്നാണ്.
പോസ്റ്റ് സമയം: ഏപ്രിൽ-07-2021