پلازما كۈچەيتىلگەن خىمىيىلىك پارغا چۆكۈش (PECVD) نىڭ ئاساسىي تېخنىكىسى

1. پلازما كۈچەيتىلگەن خىمىيىلىك پارغا چۆكۈشنىڭ ئاساسلىق جەريانلىرى

پلازما كۈچەيتىلگەن خىمىيىلىك پارغا چۆكۈش (PECVD) پارقىراق چىقىرىش پلازمىسى ئارقىلىق گاز شەكىللىك ماددىلارنىڭ خىمىيىلىك رېئاكسىيەسى ئارقىلىق نېپىز پەردىلەرنى ئۆستۈرۈشنىڭ يېڭى تېخنىكىسى. PECVD تېخنىكىسى گاز چىقىرىش ئارقىلىق تەييارلانغانلىقتىن، تەڭپۇڭسىز پلازمىنىڭ رېئاكسىيە خۇسۇسىيىتى ئۈنۈملۈك ئىشلىتىلىدۇ، ھەمدە رېئاكسىيە سىستېمىسىنىڭ ئېنېرگىيە بىلەن تەمىنلەش ئۇسۇلى تۈپتىن ئۆزگىرىدۇ. ئادەتتە، PECVD تېخنىكىسى نېپىز پەردىلەرنى تەييارلاشقا ئىشلىتىلگەندە، نېپىز پەردىلەرنى ئۆستۈرۈش ئاساسلىقى تۆۋەندىكى ئۈچ ئاساسىي جەرياننى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.

بىرىنچىدىن، تەڭپۇڭسىز پلازمادا، ئېلېكترونلار دەسلەپكى باسقۇچتا رېئاكسىيە گازى بىلەن رېئاكسىيە قىلىپ، رېئاكسىيە گازىنى پارچىلايدۇ ۋە ئىئونلار ۋە ئاكتىپ گۇرۇپپىلارنىڭ ئارىلاشمىسىنى ھاسىل قىلىدۇ؛

ئىككىنچىدىن، ھەر خىل ئاكتىپ گۇرۇپپىلار پەردىنىڭ يۈزى ۋە تېمىغا تارقىلىپ، توشۇلىدۇ، ھەمدە رېئاكسىيە قىلغۇچى ماددىلار ئوتتۇرىسىدىكى ئىككىنچى دەرىجىلىك رېئاكسىيەلەر بىرلا ۋاقىتتا يۈز بېرىدۇ؛

ئاخىرىدا، ئۆسۈش يۈزىگە يېتىپ كەلگەن ھەر خىل دەسلەپكى ۋە ئىككىنچى دەرىجىلىك رېئاكسىيە مەھسۇلاتلىرى ئادسوربىيەلىنىپ، يۈز بىلەن رېئاكسىيەگە كىرىدۇ، بۇنىڭ بىلەن بىللە گاز مولېكۇلالىرى قايتا قويۇپ بېرىلىدۇ.

ئېنىق قىلىپ ئېيتقاندا، پارقىراقلىق چىقىرىش ئۇسۇلىغا ئاساسلانغان PECVD تېخنىكىسى رېئاكسىيە گازىنىڭ سىرتقى ئېلېكترو ماگنىت مەيدانىنىڭ قوزغىلىشى ئاستىدا ئىئونلىشىپ پلازما ھاسىل قىلىشىغا ياردەم بېرەلەيدۇ. پارقىراقلىق چىقىرىش پلازمىسىدا، سىرتقى ئېلېكتر مەيدانى تەرىپىدىن تېزلەشتۈرۈلگەن ئېلېكترونلارنىڭ كىنېتىك ئېنېرگىيەسى ئادەتتە تەخمىنەن 10eV، ھەتتا ئۇنىڭدىنمۇ يۇقىرى بولىدۇ، بۇ رېئاكتىپ گاز مولېكۇلاسىنىڭ خىمىيىلىك باغلىنىشىنى بۇزۇشقا يېتەرلىك. شۇڭلاشقا، يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك ئېلېكترونلار ۋە رېئاكتىپ گاز مولېكۇلاسىنىڭ ئېلاستىكسىز سوقۇلۇشى ئارقىلىق، گاز مولېكۇلاسى ئىئونلىشىدۇ ياكى پارچىلىنىپ نېيترال ئاتوملار ۋە مولېكۇلا مەھسۇلاتلىرىنى ھاسىل قىلىدۇ. مۇسبەت ئىئونلار ئىئون قەۋىتى تېزلەتكۈچى ئېلېكتر مەيدانى تەرىپىدىن تېزلەشتۈرۈلۈپ، ئۈستۈنكى ئېلېكترود بىلەن سوقۇلىدۇ. ئاستىنقى ئېلېكترودنىڭ يېنىدا كىچىك ئىئون قەۋىتى ئېلېكتر مەيدانىمۇ بار، شۇڭا ئاساسىي قاتلاممۇ مەلۇم دەرىجىدە ئىئونلار تەرىپىدىن بومباردىمان قىلىنىدۇ. نەتىجىدە، پارچىلىنىش ئارقىلىق ھاسىل بولغان نېيترال ماددا تۇرۇبا تېمى ۋە ئاساسىي قاتلامغا تارقىلىدۇ. دىۋىزىيە ۋە تارقىلىش جەريانىدا، بۇ زەررىچىلەر ۋە گۇرۇپپىلار (خىمىيىلىك جەھەتتىن ئاكتىپ نېيترال ئاتوملار ۋە مولېكۇلالار گۇرۇپپا دەپ ئاتىلىدۇ) قىسقا ئوتتۇرىچە ئەركىن يول سەۋەبىدىن ئىئون مولېكۇلاسى رېئاكسىيەسى ۋە گۇرۇپپا مولېكۇلاسى رېئاكسىيەسىگە ئۇچرايدۇ. ئاساسىي قاتلامغا يېتىپ بېرىپ ئادسورباتسىيە قىلىنىدىغان خىمىيىلىك ئاكتىپ ماددىلارنىڭ (ئاساسلىقى گۇرۇپپىلارنىڭ) خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتى ناھايىتى ئاكتىپ بولۇپ، پەردە ئۇلارنىڭ ئۆزئارا تەسىرىدىن شەكىللىنىدۇ.

2. پلازمادىكى خىمىيىلىك رېئاكسىيەلەر

چۈنكى پارقىراقلىق چىقىرىش جەريانىدا رېئاكسىيە گازىنىڭ قوزغىلىشى ئاساسلىقى ئېلېكترون سوقۇلۇشىدىن كېلىپ چىقىدۇ، پلازمادىكى ئېلېمېنتار رېئاكسىيەلەر ھەر خىل بولۇپ، پلازما بىلەن قاتتىق جىسىمنىڭ ئۆز-ئارا تەسىرىمۇ ناھايىتى مۇرەككەپ بولۇپ، PECVD جەريانىنىڭ مېخانىزمىنى تەتقىق قىلىشنى قىيىنلاشتۇرىدۇ. ھازىرغىچە، نۇرغۇن مۇھىم رېئاكسىيە سىستېمىلىرى تەجرىبە ئارقىلىق ئەلالاشتۇرۇلۇپ، ئىدىئال خۇسۇسىيەتكە ئىگە پىلاستىنكىلارغا ئېرىشىلدى. PECVD تېخنىكىسىغا ئاساسلانغان كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پىلاستىنكىلارنى چۆكتۈرۈش ئۈچۈن، ئەگەر چۆكتۈرۈش مېخانىزمى چوڭقۇر ئاشكارىلانسا، ماتېرىياللارنىڭ ئەلا فىزىكىلىق خۇسۇسىيىتىگە كاپالەتلىك قىلىش شەرتى ئاستىدا، كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پىلاستىنكىلارنىڭ چۆكتۈرۈش سۈرئىتىنى زور دەرىجىدە ئاشۇرغىلى بولىدۇ.

ھازىر، كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەرنى تەتقىق قىلىشتا، كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەردە بەلگىلىك مىقداردا ۋودورود بولغاچقا، سۇيۇقلاندۇرۇلغان سىلان (SiH4) رېئاكسىيە گازى سۈپىتىدە كەڭ قوللىنىلىۋاتىدۇ. H كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەردە ناھايىتى مۇھىم رول ئوينايدۇ. ئۇ ماتېرىيال قۇرۇلمىسىدىكى ئېسىلىپ تۇرغان باغلىنىشلارنى تولدۇرۇپ، كەمتۈكلۈك ئېنېرگىيە سەۋىيەسىنى زور دەرىجىدە تۆۋەنلىتىپ، ماتېرىياللارنىڭ ۋالېنس ئېلېكترون كونتروللۇقىنى ئاسانلا ئەمەلگە ئاشۇرالايدۇ. سپېير قاتارلىقلار كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەرنىڭ قوشما ئۈنۈمىنى تۇنجى قېتىم بايقىغان ۋە PN تۇتاشتۇرۇش نۇقتىسىنى تەييارلىغاندىن بۇيان، PECVD تېخنىكىسىغا ئاساسلانغان كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەرنى تەييارلاش ۋە قوللىنىش تەتقىقاتى زور دەرىجىدە تەرەققىي قىلدى. شۇڭا، PECVD تېخنىكىسى ئارقىلىق قويۇلغان كرېمنىي ئاساسلىق نېپىز پەردىلەردىكى خىمىيىلىك رېئاكسىيە تۆۋەندە بايان قىلىنىدۇ ۋە مۇھاكىمە قىلىنىدۇ.

پارقىراقلىق راۋانلىشىش شەرتى ئاستىدا، سىلان پلازمىسىدىكى ئېلېكترونلار بىر قانچە EV ئېنېرگىيەسىگە ئىگە بولغاچقا، H2 ۋە SiH4 ئېلېكترونلار بىلەن سوقۇلغاندا پارچىلىنىدۇ، بۇ دەسلەپكى رېئاكسىيەگە تەۋە. ئەگەر ئارىلىق قوزغىتىلغان ھالەتلەرنى كۆزدە تۇتمىساق، sihm (M = 0،1،2،3) نىڭ H بىلەن تۆۋەندىكى ئايرىش رېئاكسىيەسىنى قولغا كەلتۈرەلەيمىز.

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)

ئاساسىي ھالەتتىكى مولېكۇلالارنىڭ ئۆلچەملىك ئىشلەپچىقىرىش ئىسسىقلىقىغا ئاساسلانغاندا، يۇقىرىدىكى ئايرىلىش جەريانلىرى (2.1) ~ (2.5) ئۈچۈن تەلەپ قىلىنىدىغان ئېنېرگىيە ئايرىم-ئايرىم ھالدا 2.1، 4.1، 4.4، 5.9 EV ۋە 4.5 EV بولىدۇ. پلازمادىكى يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك ئېلېكترونلارمۇ تۆۋەندىكى ئىئونلىشىش رېئاكسىيەلىرىگە قاتنىشالايدۇ.

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) فورمۇلا ئۈچۈن تەلەپ قىلىنىدىغان ئېنېرگىيە ئايرىم-ئايرىم ھالدا 11.9، 12.3، 13.6 ۋە 15.3 EV. رېئاكسىيە ئېنېرگىيەسىنىڭ پەرقى سەۋەبىدىن، (2.1) ~ (2.9) رېئاكسىيەلىرىنىڭ ئېھتىماللىقى ناھايىتى تەڭسىز. بۇنىڭدىن باشقا، (2.1) ~ (2.5) رېئاكسىيە جەريانى بىلەن شەكىللەنگەن سىگم ئىئونلىشىش ئۈچۈن تۆۋەندىكى ئىككىنچى دەرىجىلىك رېئاكسىيەلەرنى باشتىن كەچۈرىدۇ، مەسىلەن.

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

ئەگەر يۇقىرىقى رېئاكسىيە بىر ئېلېكترونلۇق جەريان ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلسا، تەخمىنەن 12 eV ياكى ئۇنىڭدىن يۇقىرى ئېنېرگىيە تەلەپ قىلىنىدۇ. كرېمنىي ئاساسلىق پىلاستىنكىلارنى تەييارلاش ئۈچۈن، ئاتموسفېرا بېسىمى (10-100pa) ئاستىدا، ئېلېكترون زىچلىقى 1010cm-3 بولغان ئاجىز ئىئونلاشقان پلازمادىكى 10eV دىن يۇقىرى يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك ئېلېكترونلارنىڭ سانى نىسبەتەن ئاز بولغاچقا، كرېمنىي ئاساسلىق پىلاستىنكىلارنى تەييارلاش ئۈچۈن، يىغىلغان ئىئونلىشىش ئېھتىماللىقى ئادەتتە قوزغىتىش ئېھتىماللىقىدىن كىچىك بولىدۇ. شۇڭلاشقا، سىلان پلازمىسىدىكى يۇقىرىدىكى ئىئونلاشقان بىرىكمىلەرنىڭ نىسبىتى ناھايىتى كىچىك، ھەمدە sihm نىڭ نېيترال گۇرۇپپىسى ئاساسلىق ئورۇندا تۇرىدۇ. ماسسا سپېكتىرى ئانالىزى نەتىجىلىرىمۇ بۇ يەكۈننى ئىسپاتلايدۇ [8]. بوركۇئارد قاتارلىقلار يەنە sihm نىڭ قويۇقلۇقى sih3، sih2، Si ۋە SIH تەرتىپىدە تۆۋەنلىگەنلىكىنى، ئەمما SiH3 نىڭ قويۇقلۇقى SIH نىڭ قويۇقلۇقىدىن ئەڭ كۆپ بولغاندا ئۈچ ھەسسە يۇقىرى ئىكەنلىكىنى كۆرسەتتى. روبېرتسون قاتارلىقلار. دوكلات قىلىنىشىچە، sihm نىڭ نېيترال مەھسۇلاتلىرىدا، ساپ سىلان ئاساسلىقى يۇقىرى قۇۋۋەتلىك رازراج ئۈچۈن ئىشلىتىلگەن، sih3 بولسا ئاساسلىقى تۆۋەن قۇۋۋەتلىك رازراج ئۈچۈن ئىشلىتىلگەن. يۇقىرىدىن تۆۋەنگىچە بولغان قويۇقلۇق تەرتىپى SiH3، SiH، Si، SiH2 بولغان. شۇڭا، پلازما جەريانىنىڭ پارامېتىرلىرى sihm نېيترال مەھسۇلاتلىرىنىڭ تەركىبىگە كۈچلۈك تەسىر كۆرسىتىدۇ.

يۇقىرىدىكى پارچىلىنىش ۋە ئىئونلىشىش رېئاكسىيەلىرىدىن باشقا، ئىئون مولېكۇلالىرى ئوتتۇرىسىدىكى ئىككىنچى دەرىجىلىك رېئاكسىيەلەرمۇ ناھايىتى مۇھىم.

SiH2 ＋+ SiH4 → SiH3 ++ SiH3 (2.13)

شۇڭا، ئىئون قويۇقلۇقى جەھەتتىن قارىغاندا، sih3+ sih2+ دىن كۆپ. بۇ، SiH4 پلازمىسىدا نېمە ئۈچۈن sih3+ ئىئونلىرى sih2+ ئىئونلىرىدىن كۆپ ئىكەنلىكىنى چۈشەندۈرۈپ بېرەلەيدۇ.

بۇنىڭدىن باشقا، پلازمادىكى ھىدروگېن ئاتوملىرى SiH4 دىكى ھىدروگېننى تۇتۇۋالىدىغان مولېكۇلا ئاتوم سوقۇلۇش رېئاكسىيەسى يۈز بېرىدۇ.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

بۇ ئېكسوتېرمىك رېئاكسىيە بولۇپ، si2h6 نىڭ شەكىللىنىشىنىڭ ئالدىنقى شەرتى. ئەلۋەتتە، بۇ گۇرۇپپىلار پەقەت ئاساسىي ھالەتتىلا ئەمەس، بەلكى پلازمادا قوزغىتىلغان ھالەتتىن قوزغىتىلغان ھالەتكىمۇ بولىدۇ. سىلان پلازمىسىنىڭ ئېكىسپېدىتسىيە سپېكتىرى Si، SIH، h نىڭ ئوپتىكىلىق جەھەتتىن قوبۇل قىلغىلى بولىدىغان ئۆتكۈنچى قوزغىتىلغان ھالەتلىرى ۋە SiH2، SiH3 نىڭ تەۋرىنىشلىك قوزغىتىلغان ھالەتلىرى بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.