پلازما اينهانسڊ ڪيميڪل وانپ ڊپوزيشن (PECVD) جي بنيادي ٽيڪنالاجي

1. پلازما ۾ وڌندڙ ڪيميائي بخارات جي جمع ٿيڻ جا مکيه عمل

پلازما اينهانسڊ ڪيميڪل وانپ ڊپوزيشن (PECVD) هڪ نئين ٽيڪنالاجي آهي جيڪا ٿلهي فلمن جي واڌ ويجهه لاءِ گيس جي مادن جي ڪيميائي رد عمل ذريعي گلو ڊسچارج پلازما جي مدد سان تيار ڪئي ويندي آهي. ڇاڪاڻ ته PECVD ٽيڪنالاجي گئس ڊسچارج ذريعي تيار ڪئي ويندي آهي، غير متوازن پلازما جي رد عمل جون خاصيتون مؤثر طريقي سان استعمال ڪيون وينديون آهن، ۽ رد عمل سسٽم جي توانائي جي فراهمي جو طريقو بنيادي طور تي تبديل ٿي ويندو آهي. عام طور تي، جڏهن PECVD ٽيڪنالاجي کي پتلي فلمون تيار ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ته پتلي فلمن جي واڌ ويجهه ۾ بنيادي طور تي هيٺيان ٽي بنيادي عمل شامل آهن.

پهرين، غير متوازن پلازما ۾، اليڪٽران ابتدائي مرحلي ۾ رد عمل گيس سان رد عمل ڪندا آهن ته جيئن رد عمل گيس کي ٽوڙي سگهجي ۽ آئنز ۽ فعال گروپن جو مرکب ٺاهي سگهجي؛

ٻيو، هر قسم جا سرگرم گروهه فلم جي مٿاڇري ۽ ڀت تي پکڙجي ويندا آهن ۽ منتقل ٿيندا آهن، ۽ رد عمل ڪندڙن جي وچ ۾ ثانوي رد عمل ساڳئي وقت ٿيندا آهن؛

آخرڪار، واڌ جي مٿاڇري تائين پهچڻ وارا هر قسم جا پرائمري ۽ سيڪنڊري رد عمل جا پراڊڪٽ جذب ٿين ٿا ۽ مٿاڇري سان رد عمل ظاهر ڪن ٿا، جنهن سان گڏ گيس جي ماليڪيولن جي ٻيهر ڇڏڻ سان گڏ.

خاص طور تي، PECVD ٽيڪنالاجي جيڪا گلو ڊسچارج جي طريقي تي ٻڌل آهي، خارجي برقي مقناطيسي ميدان جي جوش هيٺ رد عمل گيس کي پلازما ٺاهڻ لاءِ آئنائيز ڪري سگهي ٿي. گلو ڊسچارج پلازما ۾، خارجي برقي ميدان ذريعي تيز ٿيندڙ اليڪٽرانن جي حرڪي توانائي عام طور تي 10ev، يا ان کان به وڌيڪ هوندي آهي، جيڪا رد عمل گيس ماليڪيولن جي ڪيميائي بندن کي تباهه ڪرڻ لاءِ ڪافي هوندي آهي. تنهن ڪري، اعليٰ توانائي واري اليڪٽرانن ۽ رد عمل گيس ماليڪيولن جي غير لچڪدار ٽڪراءَ ذريعي، گئس ماليڪيول غير جانبدار ايٽم ۽ ماليڪيولر پراڊڪٽس پيدا ڪرڻ لاءِ آئنائيز يا ڊمپوز ڪيا ويندا. مثبت آئن آئن پرت ذريعي تيز ٿين ٿا جيڪي برقي ميدان کي تيز ڪن ٿا ۽ مٿين اليڪٽروڊ سان ٽڪرائجن ٿا. هيٺين اليڪٽروڊ جي ويجهو هڪ ننڍڙو آئن پرت برقي ميدان پڻ آهي، تنهن ڪري سبسٽريٽ تي ڪجهه حد تائين آئنن جي بمباري پڻ ڪئي ويندي آهي. نتيجي طور، سڙڻ سان پيدا ٿيندڙ غير جانبدار مادو ٽيوب وال ۽ سبسٽريٽ ۾ ڦهلجي ويندو آهي. وهڪري ۽ ڦهلاءَ جي عمل ۾، اهي ذرڙا ۽ گروپ (ڪيميائي طور تي فعال غير جانبدار ايٽم ۽ ماليڪيولز کي گروپ سڏيو ويندو آهي) مختصر اوسط آزاد رستي جي ڪري آئن ماليڪيول رد عمل ۽ گروپ ماليڪيول رد عمل مان گذرندا. ڪيميائي فعال مادن (خاص طور تي گروپن) جون ڪيميائي خاصيتون جيڪي سبسٽريٽ تائين پهچن ٿيون ۽ جذب ٿين ٿيون، تمام گهڻيون سرگرم هونديون آهن، ۽ فلم انهن جي وچ ۾ رابطي سان ٺهي ٿي.

2. پلازما ۾ ڪيميائي رد عمل

ڇاڪاڻ ته چمڪ خارج ٿيڻ واري عمل ۾ رد عمل گيس جو جوش بنيادي طور تي اليڪٽران جي ٽڪراءَ سان هوندو آهي، پلازما ۾ ابتدائي رد عمل مختلف هوندا آهن، ۽ پلازما ۽ مضبوط مٿاڇري جي وچ ۾ رابطو پڻ تمام پيچيده هوندو آهي، جيڪو PECVD عمل جي ميڪانيزم جو مطالعو ڪرڻ وڌيڪ ڏکيو بڻائيندو آهي. هاڻي تائين، مثالي خاصيتن سان فلمون حاصل ڪرڻ لاءِ تجربن ذريعي ڪيترائي اهم رد عمل سسٽم بهتر ڪيا ويا آهن. PECVD ٽيڪنالاجي جي بنياد تي سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي جمع ڪرڻ لاءِ، جيڪڏهن جمع ڪرڻ واري ميڪانيزم کي گہرا ظاهر ڪري سگهجي ٿو، ته سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي جمع ڪرڻ جي شرح کي مواد جي بهترين جسماني خاصيتن کي يقيني بڻائڻ جي بنياد تي تمام گهڻو وڌائي سگهجي ٿو.

هن وقت، سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي تحقيق ۾، هائيڊروجن ڊليٽ ٿيل سائلين (SiH4) کي رد عمل گيس طور وڏي پيماني تي استعمال ڪيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ هائيڊروجن جي هڪ خاص مقدار هوندي آهي. H سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ تمام اهم ڪردار ادا ڪري ٿو. اهو مادي ڍانچي ۾ لٽڪندڙ بانڊن کي ڀري سگهي ٿو، خراب توانائي جي سطح کي تمام گهڻو گهٽائي سگهي ٿو، ۽ آساني سان مواد جي ويلنس اليڪٽران ڪنٽرول کي محسوس ڪري سگهي ٿو. جڏهن کان اسپيئر وغيره پهريون ڀيرو سلڪون پتلي فلمن جي ڊوپنگ اثر کي محسوس ڪيو ۽ پهريون PN جنڪشن تيار ڪيو، PECVD ٽيڪنالاجي تي ٻڌل سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن جي تياري ۽ استعمال تي تحقيق ليپ ۽ بائونڊ ذريعي ترقي ڪئي وئي آهي. تنهن ڪري، PECVD ٽيڪنالاجي پاران جمع ڪيل سلڪون تي ٻڌل پتلي فلمن ۾ ڪيميائي رد عمل کي هيٺ ڏنل بيان ۽ بحث ڪيو ويندو.

چمڪ جي خارج ٿيڻ واري حالت ۾، ڇاڪاڻ ته سائلين پلازما ۾ اليڪٽرانن ۾ ڪيترن ئي کان وڌيڪ EV توانائي هوندي آهي، H2 ۽ SiH4 اليڪٽرانن سان ٽڪرائجڻ تي سڙي ويندا، جيڪو بنيادي رد عمل سان تعلق رکي ٿو. جيڪڏهن اسان وچولي پرجوش حالتن تي غور نه ڪريون، ته اسان H سان sihm (M = 0,1,2,3) جا هيٺيان الڳ ٿيڻ وارا رد عمل حاصل ڪري سگهون ٿا.

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ 2 + ايڇ 2 + اي (2.1)

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ 3 + ايڇ + اي (2.2)

اي + سي ايڇ 4 → سي + 2 ايڇ 2 + اي (2.3)

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ + ايڇ 2 + ايڇ + اي (2.4)

اي + ايڇ 2 → 2 ايڇ + اي (2.5)

زميني حالت جي ماليڪيولن جي پيداوار جي معياري گرمي جي مطابق، مٿي ڏنل الڳ ٿيڻ جي عملن (2.1) ~ (2.5) لاءِ گهربل توانائيون ترتيب وار 2.1، 4.1، 4.4، 5.9 EV ۽ 4.5 EV آهن. پلازما ۾ اعليٰ توانائي وارا اليڪٽران پڻ هيٺ ڏنل آئنائيزيشن رد عمل مان گذري سگهن ٿا.

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ 2 ++ ايڇ 2 + 2 اي (2.6)

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ 3 ++ ايڇ + 2 اي (2.7)

اي + سي ايڇ 4 → سي ++ 2 ايڇ 2 + 2 اي (2.8)

اي + سي ايڇ 4 → سي ايڇ ++ ايڇ 2 + ايڇ + 2 اي (2.9)

(2.6) ~ (2.9) لاءِ گهربل توانائي ترتيب وار 11.9، 12.3، 13.6 ۽ 15.3 EV آهي. رد عمل جي توانائي جي فرق جي ڪري، (2.1) ~ (2.9) رد عمل جو امڪان تمام گهڻو غير مساوي آهي. ان کان علاوه، رد عمل جي عمل (2.1) ~ (2.5) سان ٺهيل سيم آئنائيز ڪرڻ لاءِ هيٺين ثانوي رد عملن مان گذرندو، جهڙوڪ

سي ايڇ + اي → سي ايڇ ++ 2 اي (2.10)

سي ايڇ 2 + اي → سي ايڇ 2 ++ 2 اي (2.11)

سي ايڇ 3+اي → سي ايڇ 3++2اي (2.12)

جيڪڏهن مٿي ڏنل رد عمل هڪ اليڪٽران جي عمل ذريعي ڪيو وڃي ته، گهربل توانائي لڳ ڀڳ 12 eV يا وڌيڪ هوندي. انهي حقيقت کي نظر ۾ رکندي ته 1010cm-3 جي اليڪٽران جي کثافت سان ڪمزور آئنائيزڊ پلازما ۾ 10ev کان مٿي اعليٰ توانائي واري اليڪٽران جو تعداد ماحول جي دٻاءُ (10-100pa) هيٺ سلڪون تي ٻڌل فلمن جي تياري لاءِ نسبتاً ننڍو آهي، مجموعي آئنائيزيشن جو امڪان عام طور تي جوش جي امڪان کان ننڍو هوندو آهي. تنهن ڪري، سائلين پلازما ۾ مٿين آئنائيزڊ مرکبات جو تناسب تمام ننڍڙو آهي، ۽ سيهم جو غير جانبدار گروپ غالب آهي. ماس اسپيڪٽرم تجزيي جا نتيجا پڻ هن نتيجي کي ثابت ڪن ٿا [8]. بورڪوارڊ ۽ ٻيا. وڌيڪ نشاندهي ڪئي ته سيهم جي ڪنسنٽريشن sih3، sih2، Si ۽ SIH جي ترتيب ۾ گهٽجي وئي، پر سيهم 3 جي ڪنسنٽريشن SIH جي ڀيٽ ۾ وڌ ۾ وڌ ٽي ڀيرا هئي. رابرٽسن ۽ ٻيا. رپورٽ ڪئي وئي آهي ته سيهم جي غير جانبدار شين ۾، خالص سائلين بنيادي طور تي هاءِ پاور ڊسچارج لاءِ استعمال ڪيو ويندو هو، جڏهن ته سيهه 3 بنيادي طور تي گهٽ پاور ڊسچارج لاءِ استعمال ڪيو ويندو هو. اعليٰ کان گهٽ تائين ڪنسنٽريشن جو ترتيب SiH3، SiH، Si، SiH2 هو. تنهن ڪري، پلازما پروسيس پيرا ميٽرز سيهم غير جانبدار شين جي جوڙجڪ کي سختي سان متاثر ڪن ٿا.

مٿي ڏنل ڊيسوسيئيشن ۽ آئنائيزيشن رد عملن کان علاوه، آئنڪ ماليڪيولن جي وچ ۾ ثانوي رد عمل پڻ تمام اهم آهن.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

تنهن ڪري، آئن ڪنسنٽريشن جي لحاظ کان، sih3 + sih2 + کان وڌيڪ آهي. اهو وضاحت ڪري سگهي ٿو ته SiH4 پلازما ۾ sih2 + آئنن کان وڌيڪ sih3 + آئن ڇو آهن.

ان کان علاوه، هڪ ماليڪيولر ايٽم جي ٽڪراءَ جو رد عمل ٿيندو جنهن ۾ پلازما ۾ هائيڊروجن ايٽم SiH4 ۾ هائيڊروجن کي قبضو ڪندا.

ايڇ+ سي ايڇ 4 → سي ايڇ 3+ ايڇ 2 (2.14)

اهو هڪ خارجي حرارتي رد عمل آهي ۽ si2h6 جي ٺهڻ جو اڳوڻو آهي. يقيناً، اهي گروهه نه رڳو زميني حالت ۾ آهن، پر پلازما ۾ پرجوش حالت ۾ پڻ پرجوش آهن. سائلين پلازما جو اخراج اسپيڪٽرا ڏيکاري ٿو ته Si، SIH، h، ۽ SiH2، SiH3 جون وائبريشنل پرجوش رياستون نظرياتي طور تي قابل قبول منتقلي پرجوش حالتون آهن.