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等离子体加强化学气相沉积(PECVD)技能基本

1、等离子体加强化学气相沉积的主要进程

等离子体加强化学气相沉积(PECVD)技能是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜构成的气态物质产生化学回响,从而实现薄膜质料发展的一种新的制备技能。由于PECVD技能是通过应气体放电来制备薄膜的,有效地操作了非均衡等离子体的回响特征,从基础上改变了回响体系的能量供应方法。一般说来,回收PECVD技能制备薄膜质料时,薄膜的发展主要包括以下三个根基进程:

首先,在非均衡等离子体中,电子与回响气体产生低级回响,使得回响气体产生解析,形成离子和活性基团的殽杂物;

其二,各类活性基团向薄膜发展外貌和管壁扩散输运,同时产生各回响物之间的次级回响;

最后,达到发展外貌的各类低级回响和次级回响产品被吸附并与外貌产生回响,同时陪伴有气相分子物的再放出。

详细说来,基于辉光放电要领的PECVD技能,可以或许使得回响气体在外界电磁场的鼓励下实现电离形成等离子体。在辉光放电的等离子体中,电子经外电场加快后,其动能凡是可达10eV阁下,甚至更高,足以粉碎回响气体分子的化学键,因此,通过高能电子和回响气体分子的非弹性碰撞,就会负气体分子电离(离化)可能使其解析,发生中性原子和分子生成物。正离子受到离子层加快电场的加快与上电极碰撞,安排衬底的下电极四周也存在有一较小的离子层电场,所以衬底也受到某种水平的离子轰击。因而解析发生的中性物依扩散达到管壁和衬底。这些粒子和基团(这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团)在漂移和扩散的进程中,由于平均自由程很短,所以城市产生离子-分子回响和基团-分子回响等进程。达到衬底并被吸附的化学活性物(主要是基团)的化学性质都很生动, 氮化镁,由它们之间的彼此回响从而形成薄膜。

2、等离子体内的化学回响

由于辉光放电进程中对回响气体的鼓励主要是电子碰撞,因此等离子体内的基元回响多种多样的, 纳米铁粉,并且等离子体与固体外貌的彼此浸染也很是巨大,这些都给PECVD技能制膜进程的机理研究增加了难度。迄今为止,很多重要的回响体系都是通过尝试使工艺参数最优化,从而得到具有抱负特性的薄膜。对基于PECVD技能的硅基薄膜的沉积而言,假如可以或许深刻展现其沉积机理, 氮化镱,便可以在担保质料优良物性的前提下,大幅度提高硅基薄膜质料的沉积速率。

今朝,在硅基薄膜的研究中,人们之所以普遍回收氢稀释硅烷(SiH4)作为回响气体,是因为这样生成的硅基薄膜质料中含有必然量的氢,H 在硅基薄膜中起着十分重要的浸染,它能填补质料布局中的悬键,大大低落了缺陷能级,容易实现质料的价电子节制,自从1975 年Spear 等人首先实现硅薄膜的掺杂效应并制备出第一个pn 结以来,基于PECVD 技能的硅基薄膜制备与应用研究获得了突飞猛进的成长,因此,下面将对硅基薄膜PECVD 技能沉积进程中硅烷等离子体内的化学回响举办描写与接头。

在辉光放电条件下,由于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以上的能量,因此H2和SiH4受电子的碰撞会产生解析,此类回响属于低级回响。若不思量解析时的中间引发态,可以获得如下一些生成SiHm(m=0,1,2,3)与原子H 的离解回响:

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)

凭据基态分子的尺度出产热计较,上述各离解进程(2.1)~(2.5)所需的能量依次为2.1、4.1、4.4、5.9 eV 和4.5eV。等离子体内的高能量电子还可以或许产生如下的电离回响:

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)

以上各电离回响(2.6)~(2.9)需要的能量别离为11.9,12.3,13.6和15.3eV,由于回响能量的差别,因此(2.1)~(2.9)各回响产生的几率是极不匀称的。另外,随回响进程(2.1)~(2.5)生成的SiHm也会产生下列的次级回响而电离,譬喻

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

上述回响假如借助于单电子进程举办,约莫需要12eV 以上的能量。鉴于凡是制备硅基薄膜的气压条件下(10~100Pa),电子密度约为1010cm-3的弱电离等离子体中10eV 以上的高能电子数目较少,累积电离的几率一般也比引发几率小,因此硅烷等离子体中,上述离化物的比例很小,SiHm 的中性基团占支配职位,质谱阐明的功效也证明白这一结论[8]。Bourquard 等人的尝试功效进一步指出,SiHm 的浓度凭据SiH3,SiH2,Si,SiH 的顺序递减,但SiH3的浓度最多是SiH 的3 倍。而Robertson 等人则报道,在SiHm的中性产品中,回收纯硅烷举办大功率放电时以Si为主,举办小功率放电时以SiH3为主,按浓度由高到低的顺序为SiH3,SiH,Si,SiH2。因此,等离子体工艺参数强烈影响SiHm中性产品的组分。

除上述的离解回响和电离回响之外,离子分子之间的次级回响也很重要:

SiH2++SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

因此,就离子浓度而言,SiH3+比SiH2+多。它可以说明在凡是的SiH4 等离子体中SiH3+离子比SiH2+离子多的原因。

另外,还会产生由等离子体中氢原子篡夺SiH4中氢的分子-原子碰撞回响:

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

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