1. Proċessi ewlenin ta' depożizzjoni kimika tal-fwar imsaħħa bil-plażma
Id-depożizzjoni kimika tal-fwar imsaħħa bil-plażma (PECVD) hija teknoloġija ġdida għat-tkabbir ta' films irqaq permezz ta' reazzjoni kimika ta' sustanzi gassużi bl-għajnuna ta' plażma b'disċarġ brillanti. Minħabba li t-teknoloġija PECVD hija ppreparata permezz ta' skarġ tal-gass, il-karatteristiċi tar-reazzjoni tal-plażma mhux f'ekwilibriju huma utilizzati b'mod effettiv, u l-mod tal-provvista tal-enerġija tas-sistema ta' reazzjoni jinbidel fundamentalment. B'mod ġenerali, meta t-teknoloġija PECVD tintuża biex tipprepara films irqaq, it-tkabbir ta' films irqaq jinkludi prinċipalment it-tliet proċessi bażiċi li ġejjin
L-ewwelnett, fil-plażma mhux f'ekwilibriju, l-elettroni jirreaġixxu mal-gass tar-reazzjoni fl-istadju primarju biex jiddekomponu l-gass tar-reazzjoni u jiffurmaw taħlita ta' joni u gruppi attivi;
It-tieni nett, kull tip ta' gruppi attivi jinfirxu u jittrasportaw lejn il-wiċċ u l-ħajt tal-film, u r-reazzjonijiet sekondarji bejn ir-reattanti jseħħu fl-istess ħin;
Fl-aħħar nett, kull tip ta’ prodott ta’ reazzjoni primarja u sekondarja li jilħaq il-wiċċ tat-tkabbir jiġi assorbit u jirreaġixxi mal-wiċċ, flimkien mar-rilaxx mill-ġdid ta’ molekuli gassużi.
Speċifikament, it-teknoloġija PECVD ibbażata fuq il-metodu ta' skarika glow tista' ġġiegħel il-gass tar-reazzjoni jonizza biex jifforma plażma taħt l-eċitazzjoni ta' kamp elettromanjetiku estern. Fil-plażma ta' skarika glow, l-enerġija kinetika tal-elettroni aċċellerati minn kamp elettriku estern ġeneralment hija ta' madwar 10 ev, jew saħansitra ogħla, li hija biżżejjed biex teqred il-bonds kimiċi tal-molekuli tal-gass reattiv. Għalhekk, permezz tal-ħabta inelastika ta' elettroni ta' enerġija għolja u molekuli tal-gass reattiv, il-molekuli tal-gass se jiġu jonizzati jew dekomposti biex jipproduċu atomi newtrali u prodotti molekulari. Il-joni pożittivi huma aċċellerati mill-kamp elettriku aċċellerat tas-saff tal-joni u jaħbtu mal-elettrodu ta' fuq. Hemm ukoll kamp elettriku żgħir tas-saff tal-joni ħdejn l-elettrodu t'isfel, għalhekk is-sottostrat jiġi wkoll ibbumbardjat minn joni sa ċertu punt. Bħala riżultat, is-sustanza newtrali prodotta mid-dekompożizzjoni tinfirex mal-ħajt tat-tubu u s-sottostrat. Fil-proċess ta' drift u diffużjoni, dawn il-partiċelli u gruppi (l-atomi u l-molekuli newtrali kimikament attivi jissejħu gruppi) se jgħaddu minn reazzjoni ta' molekula tal-joni u reazzjoni ta' molekula tal-grupp minħabba l-mogħdija ħielsa medja qasira. Il-proprjetajiet kimiċi tas-sustanzi attivi kimiċi (prinċipalment gruppi) li jilħqu s-sottostrat u jiġu assorbiti huma attivi ħafna, u l-film huwa ffurmat mill-interazzjoni bejniethom.
2. Reazzjonijiet kimiċi fil-plażma
Minħabba li l-eċitazzjoni tal-gass tar-reazzjoni fil-proċess ta' skarika tad-dawl hija prinċipalment ħabta tal-elettroni, ir-reazzjonijiet elementari fil-plażma huma varji, u l-interazzjoni bejn il-plażma u l-wiċċ solidu hija wkoll kumplessa ħafna, u dan jagħmilha aktar diffiċli biex jiġi studjat il-mekkaniżmu tal-proċess PECVD. S'issa, ħafna sistemi ta' reazzjoni importanti ġew ottimizzati permezz ta' esperimenti biex jinkisbu films bi proprjetajiet ideali. Għad-depożizzjoni ta' films irqaq ibbażati fuq is-silikon ibbażati fuq it-teknoloġija PECVD, jekk il-mekkaniżmu ta' depożizzjoni jista' jiġi żvelat fil-fond, ir-rata ta' depożizzjoni ta' films irqaq ibbażati fuq is-silikon tista' tiżdied ħafna fuq il-premessa li jiġu żgurati l-proprjetajiet fiżiċi eċċellenti tal-materjali.
Fil-preżent, fir-riċerka ta' films irqaq ibbażati fuq is-silikon, is-silane dilwit bl-idroġenu (SiH4) jintuża ħafna bħala l-gass tar-reazzjoni għaliex hemm ċertu ammont ta' idroġenu fil-films irqaq ibbażati fuq is-silikon. L-idroġenu għandu rwol importanti ħafna fil-films irqaq ibbażati fuq is-silikon. Jista' jimla l-bonds mdendlin fl-istruttura tal-materjal, inaqqas ħafna l-livell tal-enerġija tad-difetti, u jirrealizza faċilment il-kontroll tal-elettroni tal-valenza tal-materjali. Minn meta Spear et al. indunaw għall-ewwel darba bl-effett tad-doping tal-films irqaq tas-silikon u ħejjew l-ewwel junction PN fl-2000, ir-riċerka dwar il-preparazzjoni u l-applikazzjoni ta' films irqaq ibbażati fuq is-silikon ibbażati fuq it-teknoloġija PECVD żviluppat b'pass mgħaġġel. Għalhekk, ir-reazzjoni kimika f'films irqaq ibbażati fuq is-silikon depożitati bit-teknoloġija PECVD se tiġi deskritta u diskussa hawn taħt.
Taħt il-kundizzjoni ta' skarika tad-dawl, minħabba li l-elettroni fil-plażma tas-silane għandhom aktar minn diversi enerġija EV, H2 u SiH4 jiddekomponu meta jaħbtu ma' elettroni, li jappartjeni għar-reazzjoni primarja. Jekk ma nikkunsidrawx l-istati eċċitati intermedji, nistgħu niksbu r-reazzjonijiet ta' dissoċjazzjoni li ġejjin ta' sihm (M = 0,1,2,3) ma' H
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)
Skont is-sħana standard tal-produzzjoni tal-molekuli tal-istat fundamentali, l-enerġiji meħtieġa għall-proċessi ta' dissoċjazzjoni ta' hawn fuq (2.1) ~ (2.5) huma 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV u 4.5 EV rispettivament. Elettroni ta' enerġija għolja fil-plażma jistgħu wkoll jgħaddu mir-reazzjonijiet ta' jonizzazzjoni li ġejjin
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)
L-enerġija meħtieġa għal (2.6) ~ (2.9) hija 11.9, 12.3, 13.6 u 15.3 EV rispettivament. Minħabba d-differenza fl-enerġija tar-reazzjoni, il-probabbiltà tar-reazzjonijiet (2.1) ~ (2.9) hija irregolari ħafna. Barra minn hekk, is-sihm iffurmat bil-proċess ta' reazzjoni (2.1) ~ (2.5) se jgħaddi mir-reazzjonijiet sekondarji li ġejjin biex jiġi jonizzat, bħal
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Jekk ir-reazzjoni ta' hawn fuq titwettaq permezz ta' proċess ta' elettron wieħed, l-enerġija meħtieġa hija ta' madwar 12 eV jew aktar. Minħabba l-fatt li n-numru ta' elettroni ta' enerġija għolja 'l fuq minn 10ev fil-plażma jonizzata dgħajjef b'densità ta' elettroni ta' 1010cm-3 huwa relattivament żgħir taħt il-pressjoni atmosferika (10-100pa) għall-preparazzjoni ta' films ibbażati fuq is-silikon, il-probabbiltà kumulattiva ta' jonizzazzjoni ġeneralment hija iżgħar mill-probabbiltà ta' eċċitazzjoni. Għalhekk, il-proporzjon tal-komposti jonizzati ta' hawn fuq fil-plażma tas-silane huwa żgħir ħafna, u l-grupp newtrali tas-sihm huwa dominanti. Ir-riżultati tal-analiżi tal-ispettru tal-massa jippruvaw ukoll din il-konklużjoni [8]. Bourquard et al. irrimarkaw ukoll li l-konċentrazzjoni tas-sihm naqset fl-ordni ta' sih3, sih2, Si u SIH, iżda l-konċentrazzjoni tas-SiH3 kienet l-aktar tliet darbiet dik tas-SIH. Robertson et al. Irrappurtaw li fil-prodotti newtrali tas-sihm, is-silane pur intuża prinċipalment għal skariku ta' qawwa għolja, filwaqt li s-sih3 intuża prinċipalment għal skariku ta' qawwa baxxa. L-ordni tal-konċentrazzjoni minn għolja għal baxxa kienet SiH3, SiH, Si, SiH2. Għalhekk, il-parametri tal-proċess tal-plażma jaffettwaw bil-qawwa l-kompożizzjoni tal-prodotti newtrali tas-sihm.
Minbarra r-reazzjonijiet ta' dissoċjazzjoni u jonizzazzjoni msemmija hawn fuq, ir-reazzjonijiet sekondarji bejn il-molekuli joniċi huma wkoll importanti ħafna.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Għalhekk, f'termini ta' konċentrazzjoni ta' joni, sih3+ huwa aktar minn sih2+. Dan jista' jispjega għaliex hemm aktar joni sih3+ milli joni sih2+ fil-plażma SiH4.
Barra minn hekk, se jkun hemm reazzjoni ta' ħabta bejn l-atomi molekulari fejn l-atomi tal-idroġenu fil-plażma jaqbdu l-idroġenu f'SiH4
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Hija reazzjoni eżotermika u prekursur għall-formazzjoni ta' si2h6. Naturalment, dawn il-gruppi mhux biss jinsabu fl-istat fundamentali, iżda huma wkoll eċċitati għall-istat eċċitat fil-plażma. L-ispettri tal-emissjoni tal-plażma tas-silane juru li hemm stati eċċitati ta' transizzjoni ottikament ammissibbli ta' Si, SIH, h, u stati eċċitati vibrazzjonali ta' SiH2, SiH3.
Ħin tal-posta: 07 ta' April 2021