د پلازما د لوړ شوي کیمیاوي بخار زیرمو (PECVD) اساسي ټیکنالوژي

۱. د پلازما د کیمیاوي بخاراتو د زیاتولو اصلي پروسې

د پلازما د کیمیاوي بخاراتو د لوړولو زیرمه (PECVD) د ګازي موادو د کیمیاوي تعامل له لارې د ګلو خارجولو پلازما په مرسته د پتلو فلمونو د ودې لپاره یوه نوې ټیکنالوژي ده. ځکه چې د PECVD ټیکنالوژي د ګاز خارجولو له لارې چمتو کیږي، د غیر متوازن پلازما د تعامل ځانګړتیاوې په مؤثره توګه کارول کیږي، او د عکس العمل سیسټم د انرژۍ رسولو حالت په بنسټیز ډول بدل شوی. په عمومي توګه، کله چې د PECVD ټیکنالوژي د پتلو فلمونو د چمتو کولو لپاره کارول کیږي، د پتلو فلمونو وده په عمده توګه لاندې درې اساسي پروسې لري.

لومړی، په غیر متوازن پلازما کې، الکترونونه د تعامل ګاز سره په لومړني پړاو کې تعامل کوي ترڅو د تعامل ګاز تجزیه کړي او د ایونونو او فعالو ډلو مخلوط جوړ کړي؛

دوهم، د فعالو ډلو ټول ډولونه د فلم سطحې او دیوال ته خپریږي او لیږدول کیږي، او د تعامل کونکو ترمنځ ثانوي تعاملات په ورته وخت کې واقع کیږي؛

په پای کې، ټول ډوله لومړني او ثانوي تعامل محصولات چې د ودې سطحې ته رسیږي جذب کیږي او د سطحې سره تعامل کوي، د ګازي مالیکولونو بیا خوشې کیدو سره.

په ځانګړې توګه، د PECVD ټیکنالوژي چې د ګلو خارجولو میتود پر بنسټ والړ ده کولی شي د تعامل ګاز د بهرني الکترومقناطیسي ساحې د هڅونې لاندې پلازما جوړولو لپاره ایونیز کړي. د ګلو خارجولو پلازما کې، د بهرني بریښنایی ساحې لخوا ګړندی شوي الکترونونو متحرک انرژي معمولا شاوخوا 10ev یا حتی لوړه وي، کوم چې د تعامل کونکي ګاز مالیکولونو کیمیاوي بانډونو له مینځه وړلو لپاره کافي ده. له همدې امله، د لوړ انرژي الکترونونو او تعامل کونکي ګاز مالیکولونو د غیر لچک لرونکي ټکر له لارې، د ګاز مالیکولونه به ایونیز یا تجزیه شي ترڅو غیر جانبدار اتومونه او مالیکولي محصولات تولید کړي. مثبت آیونونه د ایون طبقې لخوا ګړندي کیږي چې بریښنایی ساحه ګړندۍ کوي او د پورتنۍ الکترود سره ټکر کوي. د ټیټ الکترود ته نږدې د آیون طبقې یو کوچنی بریښنایی ساحه هم شتون لري، نو سبسټریټ هم تر یوې اندازې پورې د ایونونو لخوا بمبار کیږي. په پایله کې، د تخریب له لارې تولید شوی غیر جانبدار ماده د ټیوب دیوال او سبسټریټ ته خپریږي. د ډریفټ او خپریدو په پروسه کې، دا ذرات او ډلې (کیمیاوي فعال غیر جانبدار اتومونه او مالیکولونه ګروپونه بلل کیږي) به د لنډ اوسط وړیا لارې له امله د آیون مالیکول غبرګون او د ګروپ مالیکول غبرګون څخه تیریږي. د کیمیاوي فعالو موادو کیمیاوي ځانګړتیاوې (په عمده توګه ګروپونه) چې سبسټریټ ته رسیږي او جذب کیږي خورا فعال دي، او فلم د دوی ترمنځ د تعامل له امله رامینځته کیږي.

۲. په پلازما کې کیمیاوي تعاملات

ځکه چې د ګلو خارجیدو په پروسه کې د تعامل ګاز هڅونه په عمده توګه د الکترون ټکر دی، په پلازما کې لومړني تعاملات مختلف دي، او د پلازما او جامد سطحې ترمنځ تعامل هم خورا پیچلی دی، کوم چې د PECVD پروسې میکانیزم مطالعه کول خورا ستونزمن کوي. تر دې دمه، ډیری مهم غبرګون سیسټمونه د تجربو له لارې غوره شوي ترڅو د مثالي ملکیتونو سره فلمونه ترلاسه کړي. د PECVD ټیکنالوژۍ پراساس د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو د زیرمو لپاره، که چیرې د زیرمو میکانیزم په ژوره توګه څرګند شي، د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو د زیرمو کچه د موادو د غوره فزیکي ملکیتونو د ډاډ ترلاسه کولو په اساس خورا لوړه کیدی شي.

اوس مهال، د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو په څیړنه کې، هایدروجن منحل شوی سیلین (SiH4) په پراخه کچه د عکس العمل ګاز په توګه کارول کیږي ځکه چې په سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو کې د هایدروجن یو ټاکلی مقدار شتون لري. H د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو کې خورا مهم رول لوبوي. دا کولی شي د موادو جوړښت کې ځړونکي بانډونه ډک کړي، د عیب انرژي کچه خورا کمه کړي، او په اسانۍ سره د موادو د والینس الکترون کنټرول احساس کړي. له هغه وخته چې سپیر او نور لومړی د سیلیکون پتلو فلمونو ډوپینګ اغیز درک کړ او په 2005 کې یې لومړی PN جنکشن چمتو کړ، د PECVD ټیکنالوژۍ پراساس د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو چمتو کولو او پلي کولو څیړنه په چټکۍ سره رامینځته شوې. له همدې امله، د PECVD ټیکنالوژۍ لخوا زیرمه شوي د سیلیکون پر بنسټ د پتلو فلمونو کې کیمیاوي تعامل به په لاندې ډول تشریح او بحث شي.

د ګلو خارجیدو حالت لاندې، ځکه چې په سیلین پلازما کې الکترونونه له څو څخه ډیر EV انرژي لري، H2 او SiH4 به هغه وخت تجزیه شي کله چې دوی د الکترونونو سره ټکر شي، کوم چې د لومړني تعامل پورې اړه لري. که موږ د منځګړیتوب هڅول شوي حالتونو په پام کې ونیسو، موږ کولی شو د H سره د sihm (M = 0,1,2,3) لاندې جلا کولو تعاملات ترلاسه کړو.

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)

د ځمکې د حالت مالیکولونو د تولید د معیاري تودوخې له مخې، د پورته جلا کولو پروسو (2.1) ~ (2.5) لپاره اړین انرژي په ترتیب سره 2.1، 4.1، 4.4، 5.9 EV او 4.5 EV دي. په پلازما کې د لوړ انرژۍ الکترونونه هم کولی شي لاندې ایونیزیشن تعاملات ترسره کړي.

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)

د (2.6) ~ (2.9) لپاره اړین انرژي په ترتیب سره 11.9، 12.3، 13.6 او 15.3 EV ده. د تعامل انرژۍ د توپیر له امله، د (2.1) ~ (2.9) تعاملاتو احتمال خورا نا مساوي دی. سربیره پردې، هغه sihm چې د تعامل پروسې (2.1) ~ (2.5) سره جوړ شوی د ایونیز کولو لپاره به لاندې ثانوي تعاملات ترسره کړي، لکه

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

که پورته تعامل د یو واحد الکترون پروسې له لارې ترسره شي، نو د اړتیا وړ انرژي شاوخوا 12 eV یا ډیره ده. د دې حقیقت په پام کې نیولو سره چې د 10ev څخه پورته د لوړ انرژۍ الکترونونو شمیر د 1010cm-3 د الکترون کثافت سره د سیلیکون پر بنسټ فلمونو چمتو کولو لپاره د اتموسفیر فشار (10-100pa) لاندې نسبتا کوچنی دی، د مجموعي آیونیزیشن احتمال عموما د هڅونې احتمال څخه کوچنی دی. له همدې امله، په سیلین پلازما کې د پورته آیونیز شوي مرکباتو تناسب خورا کوچنی دی، او د sihm بې طرفه ګروپ غالب دی. د ډله ایز سپیکٹرم تحلیل پایلې هم دا پایله ثابتوي [8]. بورکوارډ او نور. نور یې په ګوته کړه چې د sihm غلظت د sih3، sih2، Si او SIH په ترتیب کې کم شوی، مګر د SiH3 غلظت د SIH په پرتله لږترلږه درې ځله و. رابرټسن او نور. راپور ورکړل شوی چې د سیهم په غیر جانبدار محصولاتو کې، خالص سیلین په عمده توګه د لوړ بریښنا خارجولو لپاره کارول کیده، پداسې حال کې چې sih3 په عمده توګه د ټیټ بریښنا خارجولو لپاره کارول کیده. د لوړ څخه ټیټ ته د غلظت ترتیب SiH3، SiH، Si، SiH2 و. له همدې امله، د پلازما پروسې پیرامیټرې د سیهم غیر جانبدار محصولاتو ترکیب په کلکه اغیزه کوي.

د پورته ذکر شویو جلا کولو او ایونایزیشن تعاملاتو سربیره، د ایونیک مالیکولونو ترمنځ ثانوي تعاملات هم خورا مهم دي.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

له همدې امله، د ایون غلظت له مخې، sih3 + د sih2 + څخه ډیر دی. دا کولی شي تشریح کړي چې ولې په SiH4 پلازما کې د sih2 + ایونونو په پرتله ډیر sih3 + ایونونه شتون لري.

برسېره پردې، د مالیکولي اتومونو د ټکر غبرګون به وي چې په هغه کې په پلازما کې د هایدروجن اتومونه په SiH4 کې هایدروجن نیسي.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

دا یو خارجي حرارتي تعامل دی او د si2h6 د جوړیدو لپاره یو مخکینی دی. البته، دا ډلې نه یوازې د ځمکې په حالت کې دي، بلکې په پلازما کې د جوش شوي حالت ته هم هڅول شوي دي. د سیلین پلازما د اخراج سپیکٹرا ښیي چې د Si، SIH، h، او د SiH2، SiH3 د وایبریشنل جوش شوي حالتونو نظري پلوه د منلو وړ لیږدونکي جوش شوي حالتونه شتون لري.