1. பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட இரசாயன ஆவிப் படிவின் முக்கிய செயல்முறைகள்
பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட வேதியியல் ஆவிப் படிவு (PECVD) என்பது, ஒளிர்வு வெளியேற்ற பிளாஸ்மாவின் உதவியுடன் வாயுப் பொருட்களின் வேதியியல் வினை மூலம் மெல்லிய படலங்களை வளர்ப்பதற்கான ஒரு புதிய தொழில்நுட்பமாகும். PECVD தொழில்நுட்பம் வாயு வெளியேற்றத்தால் தயாரிக்கப்படுவதால், சமநிலையற்ற பிளாஸ்மாவின் வினைப் பண்புகள் திறம்படப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் வினை அமைப்பின் ஆற்றல் வழங்கும் முறையும் அடிப்படையில் மாற்றப்படுகிறது. பொதுவாக, மெல்லிய படலங்களைத் தயாரிக்க PECVD தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படும்போது, மெல்லிய படலங்களின் வளர்ச்சியானது முக்கியமாகப் பின்வரும் மூன்று அடிப்படை செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியுள்ளது.
முதலாவதாக, சமநிலையற்ற பிளாஸ்மாவில், முதன்மை நிலையில் எலக்ட்ரான்கள் வினை வாயுவுடன் வினைபுரிந்து, வினை வாயுவைச் சிதைத்து, அயனிகள் மற்றும் செயலுறு தொகுதிகளின் கலவையை உருவாக்குகின்றன;
இரண்டாவதாக, அனைத்து வகையான செயலுறு தொகுதிகளும் படலத்தின் மேற்பரப்புக்கும் சுவருக்கும் பரவிச் செல்கின்றன, அதே நேரத்தில் வினைபடு பொருள்களுக்கு இடையேயான இரண்டாம் நிலை வினைகளும் நிகழ்கின்றன;
இறுதியாக, வளர்ச்சிப் பரப்பை அடையும் அனைத்து வகையான முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை வினை விளைபொருட்களும் உறிஞ்சப்பட்டு, அந்தப் பரப்போடு வினைபுரிகின்றன; இதன் விளைவாக வாயு மூலக்கூறுகள் மீண்டும் வெளியிடப்படுகின்றன.
குறிப்பாக, ஒளிர்வு வெளியேற்ற முறையை அடிப்படையாகக் கொண்ட PECVD தொழில்நுட்பமானது, வெளிப்புற மின்காந்தப் புலத்தின் தூண்டுதலின் கீழ், வினைபுரியும் வாயுவை அயனியாக்கி பிளாஸ்மாவை உருவாக்க முடியும். ஒளிர்வு வெளியேற்ற பிளாஸ்மாவில், வெளிப்புற மின்புலத்தால் முடுக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றல் பொதுவாக சுமார் 10ev அல்லது அதற்கும் அதிகமாக இருக்கும், இது வினைபுரியும் வாயு மூலக்கூறுகளின் வேதியியல் பிணைப்புகளை அழிக்கப் போதுமானது. எனவே, உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் வினைபுரியும் வாயு மூலக்கூறுகளின் மீளா மோதலின் மூலம், வாயு மூலக்கூறுகள் அயனியாக்கம் செய்யப்படுகின்றன அல்லது சிதைக்கப்பட்டு நடுநிலை அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறு விளைபொருட்களை உருவாக்குகின்றன. நேர்மின் அயனிகள், அயனி அடுக்கின் முடுக்கும் மின்புலத்தால் முடுக்கப்பட்டு மேல் மின்முனையுடன் மோதுகின்றன. கீழ் மின்முனைக்கு அருகிலும் ஒரு சிறிய அயனி அடுக்கு மின்புலம் உள்ளது, எனவே அடி மூலக்கூறும் ஓரளவிற்கு அயனிகளால் தாக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, சிதைவினால் உருவான நடுநிலைப் பொருள் குழாய்ச் சுவர் மற்றும் அடி மூலக்கூறு வரை பரவுகிறது. இந்த நகர்வு மற்றும் பரவல் செயல்பாட்டில், இந்தத் துகள்கள் மற்றும் குழுக்கள் (வேதியியல் ரீதியாகச் செயல்படும் நடுநிலை அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள் குழுக்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன) குறுகிய சராசரி தடையற்ற பாதையின் காரணமாக அயனி-மூலக்கூறு வினை மற்றும் குழு-மூலக்கூறு வினைக்கு உட்படுகின்றன. அடி மூலக்கூறை அடைந்து உறிஞ்சப்படும் வேதிச் செயல்மிகு பொருட்களின் (முக்கியமாக தொகுதிகள்) வேதியியல் பண்புகள் மிகவும் தீவிரமாக உள்ளன, மேலும் அவற்றுக்கிடையேயான இடைவினையால் படலம் உருவாகிறது.
2. பிளாஸ்மாவில் நிகழும் வேதி வினைகள்
ஒளிர்வு வெளியேற்றச் செயல்முறையில் வினை வாயுவின் கிளர்ச்சியானது முக்கியமாக எலக்ட்ரான் மோதலாக இருப்பதால், பிளாஸ்மாவில் உள்ள அடிப்படை வினைகள் பலதரப்பட்டவையாக உள்ளன. மேலும், பிளாஸ்மாவிற்கும் திடப் பரப்பிற்கும் இடையிலான இடைவினையும் மிகவும் சிக்கலானதாக இருக்கிறது. இது PECVD செயல்முறையின் பொறிமுறையை ஆய்வு செய்வதை மேலும் கடினமாக்குகிறது. இதுவரை, சிறந்த பண்புகளைக் கொண்ட படலங்களைப் பெறுவதற்காக, பல முக்கியமான வினை அமைப்புகள் பரிசோதனைகள் மூலம் உகந்ததாக்கப்பட்டுள்ளன. PECVD தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில் சிலிக்கான்-சார்ந்த மென்படலங்களைப் படியவைக்கும்போது, படியவைப்புப் பொறிமுறையை ஆழமாக வெளிப்படுத்த முடிந்தால், பொருட்களின் சிறந்த இயற்பியல் பண்புகளை உறுதிசெய்யும்前提யில், சிலிக்கான்-சார்ந்த மென்படலங்களின் படியவைப்பு விகிதத்தை பெருமளவில் அதிகரிக்க முடியும்.
தற்போது, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மென்படலங்களின் ஆராய்ச்சியில், ஹைட்ரஜனால் நீர்த்த சிலேன் (SiH4) வினை வாயுவாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மென்படலங்களில் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு ஹைட்ரஜன் உள்ளது. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மென்படலங்களில் ஹைட்ரஜன் மிக முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. இது பொருளின் கட்டமைப்பில் உள்ள தொங்கும் பிணைப்புகளை நிரப்பவும், குறைபாட்டு ஆற்றல் மட்டத்தை பெருமளவில் குறைக்கவும், மேலும் பொருட்களின் இணைதிறன் எலக்ட்ரான் கட்டுப்பாட்டை எளிதாக உணரவும் உதவுகிறது. ஸ்பியர் மற்றும் குழுவினர் முதன்முதலில் சிலிக்கான் மென்படலங்களின் கலப்பு விளைவை உணர்ந்து, முதல் PN சந்திப்பைத் தயாரித்ததிலிருந்து, PECVD தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மென்படலங்களின் தயாரிப்பு மற்றும் பயன்பாடு குறித்த ஆராய்ச்சி பன்மடங்கு வளர்ச்சி கண்டுள்ளது. எனவே, PECVD தொழில்நுட்பத்தால் படியவைக்கப்பட்ட சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மென்படலங்களில் நிகழும் வேதிவினை பின்வருவனவற்றில் விவரிக்கப்பட்டு விவாதிக்கப்படும்.
ஒளிர்வு வெளியேற்ற நிலையில், சிலேன் பிளாஸ்மாவில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் பல EV-க்கும் அதிகமான ஆற்றலைக் கொண்டிருப்பதால், H2 மற்றும் SiH4 ஆகியவை எலக்ட்ரான்களால் மோதப்படும்போது சிதைவடைகின்றன, இது முதன்மை வினையைச் சார்ந்தது. நாம் இடைநிலை கிளர்வுற்ற நிலைகளைக் கருத்தில் கொள்ளாவிட்டால், H உடன் sihm (M = 0,1,2,3) இன் பின்வரும் சிதைவு வினைகளைப் பெறலாம்.
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)
தரை நிலை மூலக்கூறுகளின் நிலையான உற்பத்தி வெப்பத்தின்படி, மேலே உள்ள சிதைவு செயல்முறைகளுக்கு (2.1) ~ (2.5) தேவைப்படும் ஆற்றல்கள் முறையே 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV மற்றும் 4.5 EV ஆகும். பிளாஸ்மாவில் உள்ள உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்கள் பின்வரும் அயனியாக்க எதிர்வினைகளுக்கும் உட்படும்.
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)
(2.6) ~ (2.9) க்குத் தேவைப்படும் ஆற்றல் முறையே 11.9, 12.3, 13.6 மற்றும் 15.3 EV ஆகும். வினை ஆற்றலின் வேறுபாடு காரணமாக, (2.1) ~ (2.9) வினைகளின் நிகழ்தகவு மிகவும் சீரற்றதாக உள்ளது. கூடுதலாக, (2.1) ~ (2.5) வினை செயல்முறையுடன் உருவாகும் சிம், அயனியாக்கம் அடைய பின்வரும் இரண்டாம் நிலை வினைகளுக்கு உட்படும், அதாவது
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
மேற்கண்ட வினை ஒற்றை எலக்ட்ரான் செயல்முறை மூலம் மேற்கொள்ளப்பட்டால், தேவைப்படும் ஆற்றல் சுமார் 12 eV அல்லது அதற்கும் அதிகமாகும். சிலிக்கான் அடிப்படையிலான படலங்களைத் தயாரிப்பதற்காக வளிமண்டல அழுத்தத்தில் (10-100pa) 10¹⁰cm⁻³ எலக்ட்ரான் அடர்த்தி கொண்ட பலவீனமாக அயனியாக்கப்பட்ட பிளாஸ்மாவில் 10 eV-க்கு மேலான உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருப்பதால், ஒட்டுமொத்த அயனியாக்க நிகழ்தகவு பொதுவாக கிளர்ச்சி நிகழ்தகவை விட குறைவாக உள்ளது. எனவே, சிலேன் பிளாஸ்மாவில் மேற்கண்ட அயனியாக்கப்பட்ட சேர்மங்களின் விகிதம் மிகக் குறைவாக உள்ளது, மேலும் SiH₃-இன் நடுநிலைக் குழுவே ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. நிறை நிறமாலை பகுப்பாய்வு முடிவுகளும் இந்த முடிவை நிரூபிக்கின்றன [8]. போர்கார்ட் மற்றும் பலர், SiH₃-இன் செறிவு SiH₃, SiH₂, Si மற்றும் SiH₃ என்ற வரிசையில் குறைந்தது, ஆனால் SiH₃-இன் செறிவு SiH₃-ஐ விட அதிகபட்சம் மூன்று மடங்கு அதிகமாக இருந்தது என்று மேலும் சுட்டிக்காட்டினர். ராபர்ட்சன் மற்றும் பலர். SIHM-இன் நடுநிலை விளைபொருட்களில், உயர்-சக்தி வெளியேற்றத்திற்கு தூய சிலேன் முக்கியமாகவும், குறைந்த-சக்தி வெளியேற்றத்திற்கு SIH3 முக்கியமாகவும் பயன்படுத்தப்பட்டதாக தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது. செறிவின் வரிசை, அதிகத்திலிருந்து குறைவானதாக, SiH3, SiH, Si, SiH2 என இருந்தது. எனவே, பிளாஸ்மா செயல்முறை அளவுருக்கள் SIHM நடுநிலை விளைபொருட்களின் கலவையை வலுவாக பாதிக்கின்றன.
மேற்கூறிய பிரிதல் மற்றும் அயனியாக்க வினைகள் மட்டுமின்றி, அயனி மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான இரண்டாம் நிலை வினைகளும் மிகவும் முக்கியமானவை.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
எனவே, அயனிச் செறிவின் அடிப்படையில், sih3 + ஆனது sih2 + ஐ விட அதிகமாக உள்ளது. SiH4 பிளாஸ்மாவில் sih2 + அயனிகளை விட sih3 + அயனிகள் ஏன் அதிகமாக உள்ளன என்பதை இது விளக்குகிறது.
மேலும், ஒரு மூலக்கூறு அணு மோதல் வினை நிகழும், அதில் பிளாஸ்மாவில் உள்ள ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் SiH4-இல் உள்ள ஹைட்ரஜனைக் கைப்பற்றும்.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
இது ஒரு வெப்ப உமிழ்வினை மற்றும் si2h6 உருவாவதற்கான ஒரு முன்னோடியாகும். நிச்சயமாக, இந்தக் குழுக்கள் அடிப்படை நிலையில் இருப்பது மட்டுமல்லாமல், பிளாஸ்மாவில் கிளர்வு நிலைக்கும் கிளர்வுறுகின்றன. சிலேன் பிளாஸ்மாவின் உமிழ்வு நிறமாலைகள், Si, SIH, h ஆகியவற்றின் ஒளியியல் ரீதியாக ஏற்கத்தக்க நிலைமாற்றக் கிளர்வு நிலைகளும், SiH2, SiH3 ஆகியவற்றின் அதிர்வுக் கிளர்வு நிலைகளும் இருப்பதைக் காட்டுகின்றன.
பதிவிட்ட நேரம்: ஏப்ரல்-07-2021