ပလာစမာမြှင့်တင်ထားသော ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း (PECVD) ၏ အခြေခံနည်းပညာ

၁။ ပလာစမာ မြှင့်တင်ထားသော ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း၏ အဓိကလုပ်ငန်းစဉ်များ

ပလာစမာ မြှင့်တင်ထားသော ဓာတုအငွေ့ထုတ်လွှတ်မှု (PECVD) သည် အလင်းရောင်ထုတ်လွှတ်မှု ပလာစမာ၏ အကူအညီဖြင့် ဓာတ်ငွေ့ပစ္စည်းများ၏ ဓာတုဓာတ်ပြုမှုဖြင့် အလွှာပါးများ ကြီးထွားစေရန်အတွက် နည်းပညာအသစ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ PECVD နည်းပညာကို ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်မှုဖြင့် ပြင်ဆင်ထားသောကြောင့် မညီမျှသော ပလာစမာ၏ ဓာတ်ပြုမှု ဝိသေသလက္ခဏာများကို ထိရောက်စွာ အသုံးပြုထားပြီး ဓာတ်ပြုမှုစနစ်၏ စွမ်းအင်ထောက်ပံ့မှုပုံစံကို အခြေခံအားဖြင့် ပြောင်းလဲထားသည်။ ယေဘုယျအားဖြင့် PECVD နည်းပညာကို အလွှာပါးများ ပြင်ဆင်ရန် အသုံးပြုသောအခါ အလွှာပါးများ ကြီးထွားမှုတွင် အဓိကအားဖြင့် အောက်ပါ အခြေခံလုပ်ငန်းစဉ် သုံးခု ပါဝင်ပါသည်။

ပထမဦးစွာ၊ မညီမျှသောပလာစမာတွင်၊ အီလက်ထရွန်များသည် မူလအဆင့်တွင် ဓာတ်ပြုမှုဓာတ်ငွေ့နှင့် ဓာတ်ပြုပြီး ဓာတ်ပြုမှုဓာတ်ငွေ့ကို ပြိုကွဲစေပြီး အိုင်းယွန်းများနှင့် တက်ကြွသောအုပ်စုများ ရောနှောဖွဲ့စည်းသည်။

ဒုတိယအချက်အနေနဲ့ တက်ကြွတဲ့အုပ်စုအမျိုးမျိုးဟာ ပျံ့နှံ့ပြီး ဖလင်ရဲ့မျက်နှာပြင်နဲ့ နံရံကို သယ်ယူပို့ဆောင်ပေးပြီး ဓာတ်ပြုပစ္စည်းတွေကြားက ဒုတိယဓာတ်ပြုမှုတွေက တစ်ပြိုင်နက်တည်း ဖြစ်ပေါ်ပါတယ်။

နောက်ဆုံးတွင်၊ ကြီးထွားမှုမျက်နှာပြင်သို့ ရောက်ရှိသော မူလနှင့် ဒုတိယဓာတ်ပြုမှုထုတ်ကုန်အမျိုးမျိုးကို စုပ်ယူပြီး မျက်နှာပြင်နှင့် ဓာတ်ပြုကာ ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ ပြန်လည်ထုတ်လွှတ်မှုနှင့်အတူ ဓာတ်ပြုပါသည်။

အထူးသဖြင့်၊ တောက်ပသောထုတ်လွှတ်မှုနည်းလမ်းကိုအခြေခံသည့် PECVD နည်းပညာသည် ပြင်ပလျှပ်စစ်သံလိုက်စက်ကွင်း၏လှုံ့ဆော်မှုအောက်တွင် ပလာစမာဖွဲ့စည်းရန် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့ကို အိုင်းယွန်းအဖြစ်ပြောင်းလဲစေနိုင်သည်။ တောက်ပသောထုတ်လွှတ်မှုပလာစမာတွင်၊ ပြင်ပလျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြင့်အရှိန်မြှင့်ထားသော အီလက်ထရွန်များ၏ အရွေ့စွမ်းအင်သည် ပုံမှန်အားဖြင့် 10ev ခန့် သို့မဟုတ် ထို့ထက်ပို၍မြင့်မားပြီး ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ၏ ဓာတုနှောင်ကြိုးများကို ဖျက်ဆီးရန် လုံလောက်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ မြင့်မားသောစွမ်းအင်အီလက်ထရွန်များနှင့် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ၏ မညီမညာတိုက်မိမှုမှတစ်ဆင့်၊ ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများသည် အိုင်းယွန်းအဖြစ်ပြောင်းလဲခြင်း သို့မဟုတ် ပြိုကွဲသွားမည်ဖြစ်ပြီး ကြားနေအက်တမ်များနှင့် မော်လီကျူးထုတ်ကုန်များကို ထုတ်လုပ်မည်ဖြစ်သည်။ အပေါင်းအိုင်းယွန်းများကို အိုင်းယွန်းအလွှာအရှိန်မြှင့်လျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြင့် အရှိန်မြှင့်ပြီး အပေါ်ဘက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့် တိုက်မိသည်။ အောက်ဘက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအနီးတွင် အိုင်းယွန်းအလွှာလျှပ်စစ်စက်ကွင်းငယ်တစ်ခုလည်းရှိသောကြောင့် အလွှာကိုလည်း အိုင်းယွန်းများက အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိ ဗုံးကြဲတိုက်ခိုက်သည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ ပြိုကွဲခြင်းမှထုတ်လုပ်သော ကြားနေပစ္စည်းသည် ပြွန်နံရံနှင့် အောက်ခံသို့ ပျံ့နှံ့သွားသည်။ ရွေ့လျားမှုနှင့် ပျံ့နှံ့မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ ဤအမှုန်များနှင့် အုပ်စုများ (ဓာတုဗေဒအရ တက်ကြွသော ကြားနေအက်တမ်များနှင့် မော်လီကျူးများကို အုပ်စုများဟုခေါ်သည်) သည် ပျမ်းမျှလွတ်လပ်သောလမ်းကြောင်းတိုတောင်းသောကြောင့် အိုင်းယွန်းမော်လီကျူးဓာတ်ပြုမှုနှင့် အုပ်စုမော်လီကျူးဓာတ်ပြုမှုတို့ကို ကြုံတွေ့ရလိမ့်မည်။ အောက်ခံအလွှာသို့ရောက်ရှိပြီး စုပ်ယူထားသော ဓာတုတက်ကြွပစ္စည်းများ (အဓိကအားဖြင့် အုပ်စုများ) ၏ ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများသည် အလွန်တက်ကြွပြီး ၎င်းတို့အကြား အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှုမှ ဖလင်ကို ဖွဲ့စည်းထားသည်။

၂။ ပလာစမာရှိ ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ တုံ့ပြန်မှုများ

အလင်းရောင်ထုတ်လွှတ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့၏လှုံ့ဆော်မှုသည် အဓိကအားဖြင့် အီလက်ထရွန်တိုက်မိမှုဖြစ်သောကြောင့် ပလာစမာရှိ အခြေခံဓာတ်ပြုမှုများသည် မတူညီဘဲ ပလာစမာနှင့် အစိုင်အခဲမျက်နှာပြင်အကြား အပြန်အလှန်ဆက်သွယ်မှုသည်လည်း အလွန်ရှုပ်ထွေးသောကြောင့် PECVD လုပ်ငန်းစဉ်၏ ယန္တရားကို လေ့လာရန် ပိုမိုခက်ခဲစေသည်။ ယခုအချိန်အထိ၊ စံပြဂုဏ်သတ္တိများရှိသော ဖလင်များရရှိရန် အရေးကြီးသော ဓာတ်ပြုမှုစနစ်များစွာကို စမ်းသပ်မှုများမှတစ်ဆင့် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ထားပြီးဖြစ်သည်။ PECVD နည်းပညာကို အခြေခံသည့် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများ၏ အနည်ထိုင်မှုအတွက်၊ အနည်ထိုင်ယန္တရားကို နက်နက်ရှိုင်းရှိုင်း ဖော်ထုတ်နိုင်ပါက၊ ပစ္စည်းများ၏ ကောင်းမွန်သော ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများကို သေချာစေရန် အခြေခံအားဖြင့် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများ၏ အနည်ထိုင်မှုနှုန်းကို များစွာတိုးမြှင့်နိုင်သည်။

လက်ရှိတွင် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများ သုတေသနပြုရာတွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်ရောစပ်ထားသော silane (SiH4) ကို ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများတွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်ပမာဏ အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိ ပါဝင်သောကြောင့် ဓာတ်ပြုဓာတ်ငွေ့အဖြစ် တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုကြသည်။ H သည် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများတွင် အလွန်အရေးကြီးသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ ၎င်းသည် ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံရှိ တွဲလောင်းကျနေသော ချည်နှောင်မှုများကို ဖြည့်ပေးနိုင်ပြီး ချို့ယွင်းချက်စွမ်းအင်အဆင့်ကို သိသိသာသာ လျှော့ချပေးနိုင်ကာ ပစ္စည်းများ၏ valence electron control ကို အလွယ်တကူ သဘောပေါက်နိုင်သည်။ spear et al. သည် ဆီလီကွန်အလွှာပါးများ၏ doping effect ကို ပထမဆုံးသဘောပေါက်ပြီး ပထမဆုံး PN junction ကို ပြင်ဆင်ခဲ့သည့်အချိန်မှစ၍ PECVD နည်းပညာအပေါ် အခြေခံသည့် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများ ပြင်ဆင်ခြင်းနှင့် အသုံးချခြင်းဆိုင်ရာ သုတေသနကို အလျင်အမြန် တီထွင်နိုင်ခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့် PECVD နည်းပညာဖြင့် သိုလှောင်ထားသော ဆီလီကွန်အခြေခံ အလွှာပါးများတွင် ဓာတုဓာတ်ပြုမှုကို အောက်တွင် ဖော်ပြဆွေးနွေးပါမည်။

silane plasma ရှိ အီလက်ထရွန်များတွင် EV စွမ်းအင် အများအပြားထက်ပို၍ ရှိသောကြောင့် glow discharge အခြေအနေအောက်တွင်၊ H2 နှင့် SiH4 တို့သည် primary reaction နှင့်သက်ဆိုင်သော အီလက်ထရွန်များနှင့် တိုက်မိသောအခါ ပြိုကွဲသွားမည်ဖြစ်သည်။ intermediate excited state များကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းမရှိပါက sihm (M = 0,1,2,3) နှင့် H ၏ dissociation reaction များကို ရရှိနိုင်ပါသည်။

e+SiH4 → SiH2+H2+e (၂.၁)

e+SiH4 → SiH3+ H+e (၂.၂)

e+SiH4 → Si+2H2+e (၂.၃)

e+SiH4 → SiH+H2+H+e (၂.၄)

e+H2→2H+e (၂.၅)

မြေပြင်အခြေအနေ မော်လီကျူးများ၏ စံသတ်မှတ်ထားသော အပူထုတ်လုပ်မှုအရ၊ အထက်ဖော်ပြပါ ပြိုကွဲခြင်း လုပ်ငန်းစဉ်များ (2.1) ~ (2.5) အတွက် လိုအပ်သော စွမ်းအင်များမှာ အသီးသီး 2.1၊ 4.1၊ 4.4၊ 5.9 EV နှင့် 4.5 EV တို့ဖြစ်သည်။ ပလာစမာရှိ မြင့်မားသော စွမ်းအင်ရှိသော အီလက်ထရွန်များသည် အောက်ပါ အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုမှုများကိုလည်း ပြုလုပ်နိုင်သည်။

e+SiH4 → SiH2++H2+2e (၂.၆)

e+SiH4→SiH3++ H+2e (၂.၇)

e+SiH4 → Si++2H2+2e (၂.၈)

e+SiH4→SiH++H2+H+2e (၂.၉)

(၂.၆) မှ (၂.၉) အတွက် လိုအပ်သော စွမ်းအင်မှာ အသီးသီး ၁၁.၉၊ ၁၂.၃၊ ၁၃.၆ နှင့် ၁၅.၃ EV ဖြစ်သည်။ ဓာတ်ပြုမှု စွမ်းအင် ကွာခြားမှုကြောင့် (၂.၁) မှ (၂.၉) ဓာတ်ပြုမှုများ ဖြစ်နိုင်ခြေမှာ အလွန် မညီမျှပါ။ ထို့အပြင်၊ ဓာတ်ပြုမှု လုပ်ငန်းစဉ် (၂.၁) မှ (၂.၅) ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသော sihm သည် ionize လုပ်ရန် အောက်ပါ ဒုတိယ ဓာတ်ပြုမှုများကို ကြုံတွေ့ရမည် ဖြစ်သည်။ ဥပမာ -

SiH+e → SiH++2e (၂.၁၀)

SiH2+e → SiH2++2e (၂.၁၁)

SiH3+e → SiH3++2e (၂.၁၂)

အထက်ဖော်ပြပါ ဓာတ်ပြုမှုကို အီလက်ထရွန်တစ်ခုတည်းဖြင့် လုပ်ဆောင်ပါက လိုအပ်သော စွမ်းအင်မှာ 12 eV ခန့် သို့မဟုတ် ထို့ထက်ပိုပါသည်။ ဆီလီကွန်အခြေခံ ဖလင်များပြင်ဆင်ရန်အတွက် အီလက်ထရွန်သိပ်သည်းဆ 1010cm-3 ရှိသော အားနည်းသော အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုထားသော ပလာစမာတွင် 10ev အထက်ရှိ မြင့်မားသော စွမ်းအင်အီလက်ထရွန်အရေအတွက်သည် လေထုဖိအား (10-100pa) အောက်တွင် အတော်လေး နည်းပါးသောကြောင့်၊ စုပေါင်း အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုမှု ဖြစ်နိုင်ခြေသည် လှုံ့ဆော်မှု ဖြစ်နိုင်ခြေထက် ယေဘုယျအားဖြင့် သေးငယ်ပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ silane ပလာစမာရှိ အထက်ဖော်ပြပါ အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုမှုများ၏ အချိုးအစားသည် အလွန်နည်းပါးပြီး sihm ၏ ကြားနေအုပ်စုသည် လွှမ်းမိုးသည်။ mass spectrum analysis ရလဒ်များသည်လည်း ဤနိဂုံးချုပ်ချက်ကို သက်သေပြသည် [8]။ Bourquard et al. မှ sihm ၏ ပါဝင်မှုသည် sih3၊ sih2၊ Si နှင့် SIH အစီအစဉ်အတိုင်း လျော့နည်းသွားသော်လည်း SiH3 ၏ ပါဝင်မှုသည် SIH ထက် အများဆုံး သုံးဆရှိကြောင်း ထပ်မံထောက်ပြခဲ့သည်။ Robertson et al. မှ sihm ၏ ကြားနေထုတ်ကုန်များတွင် သန့်စင်သော silane ကို အဓိကအားဖြင့် မြင့်မားသော ပါဝါထုတ်လွှတ်မှုအတွက် အသုံးပြုပြီး sih3 ကို အဓိကအားဖြင့် နိမ့်သော ပါဝါထုတ်လွှတ်မှုအတွက် အသုံးပြုကြောင်း အစီရင်ခံခဲ့သည်။ မြင့်မားသောမှနိမ့်သောသို့ ပါဝင်မှုအစီအစဉ်မှာ SiH3၊ SiH၊ Si၊ SiH2 ဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် ပလာစမာလုပ်ငန်းစဉ် ကန့်သတ်ချက်များသည် sihm ကြားနေထုတ်ကုန်များ၏ ဖွဲ့စည်းမှုကို ပြင်းထန်စွာ သက်ရောက်မှုရှိသည်။

အထက်ဖော်ပြပါ ပြိုကွဲခြင်းနှင့် အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုမှုများအပြင်၊ အိုင်းယွန်းမော်လီကျူးများအကြား ဒုတိယဓာတ်ပြုမှုများသည်လည်း အလွန်အရေးကြီးပါသည်။

SiH2＋+SiH4 → SiH3++ SiH3 (2.13)

ထို့ကြောင့် အိုင်းယွန်းပါဝင်မှုအရ sih3 + သည် sih2 + ထက် ပိုများသည်။ SiH4 ပလာစမာတွင် sih2 + အိုင်းယွန်းများထက် sih3 + အိုင်းယွန်းများ အဘယ်ကြောင့် ပိုများရသနည်းဆိုသည်ကို ရှင်းပြနိုင်ပါသည်။

ထို့အပြင်၊ ပလာစမာရှိ ဟိုက်ဒရိုဂျင်အက်တမ်များသည် SiH4 ရှိ ဟိုက်ဒရိုဂျင်ကို ဖမ်းယူသည့် မော်လီကျူးအက်တမ်တိုက်မိမှုတုံ့ပြန်မှုတစ်ခု ရှိလိမ့်မည်။

H+ SiH4→SiH3+H2 (၂.၁၄)

၎င်းသည် အပူထုတ်တုံ့ပြန်မှုတစ်ခုဖြစ်ပြီး si2h6 ဖွဲ့စည်းခြင်းအတွက် ရှေ့ပြေးနိမိတ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဟုတ်ပါတယ်၊ ဒီအုပ်စုတွေဟာ မြေပြင်အခြေအနေမှာတင်မကဘဲ ပလာစမာထဲက စိတ်လှုပ်ရှားနေတဲ့အခြေအနေအထိ စိတ်လှုပ်ရှားနေပါတယ်။ silane ပလာစမာရဲ့ ထုတ်လွှတ်မှုရောင်စဉ်တွေက Si၊ SIH၊ h နဲ့ SiH2၊ SiH3 ရဲ့ တုန်ခါမှုစိတ်လှုပ်ရှားနေတဲ့ အခြေအနေတွေအဖြစ် ခွင့်ပြုနိုင်တဲ့ အကူးအပြောင်းစိတ်လှုပ်ရှားနေတဲ့ အခြေအနေတွေ ရှိကြောင်း ပြသနေပါတယ်။