等離子體輔助cvd技術(shù)-展示頁
2025-05-26 22:54本頁面
【正文】 要 ? 等離子體的一般性質(zhì) ? 等離子體輔助 CVD的 機理和特點 ? 等離子體輔助的 CVD方法 放電擊穿后，氣體成為具有一定導(dǎo)電能力的等離子體，它是一種由離子、電子及中性原子和原子團組成，而宏觀上對外呈現(xiàn)電中性的物質(zhì)存在形式 等離子體和等離子體中的微觀過程 等離子體中電子碰撞參與的主要微觀過程 電子與氣體分子的彈性碰撞 電子與氣體分子的非彈性碰撞 激發(fā) 分解 電離 XY+e?XY+e （使氣體分子的動能增加） XY+e?XY*+e XY+e?X+Y+e XY+e ?XY++2e （使氣體分子的內(nèi)能增加） 各種等離子體的電子溫度與等離子體密度 PECVD使用 的等離子體多為輝光放電等離子體 : Te ? 2eV ne ? 1010/cm3 ○ ○ ? 等離子體密度 ? 1010/cm3 (1/10000的電離率 ) ? 等離子體中電子的溫度 Te ? 2 eV = 23000K ? 離子及中性原子處于低能態(tài)，如 300?500K ? 但，等離子體中還存在著大量的活性基團： 離子、原子 、 激發(fā)態(tài)的分子和原子、自由基 如 : CH4+, C, CH4*, C*, CH3 等離子體的一般性質(zhì) 在典型的輝光放電等離子體中： 等離子體和等離子體中的微觀過程 等離子體中， SiH4氣相分子經(jīng)碰撞過程而生成各種活性基團 等離子體和等離子體中的微觀過程 density of radicals produced via electronimpact dissociation , in a realistic silane plasma A. Matsuda et al. / Solar Energy Materials amp。 Solar Cells 78 (2021) 3–26 ○ 不同類型的等離子體 等離子體類型 輝光放電 弧光放電 （非平衡等離子體） （局域平衡等離子體） 激勵電源頻率 DC MHz (RF) （微波） DC MHz (RF) 功率 0 ～ 100 kW 1～ 20 MW 等離子體密度 109～ 1012 /cm3 ～ 1014 /cm3 壓力 1Pa～ atm 2 kPa～ 1 atm 電子溫度 ～ 104K ～ 104K 原子溫度 ～ 500K ～ 104K ? ? ? ? 遠離 接近 熱力學(xué)平衡 等離子體輔助化學(xué)氣相沉積 （ PECVD) ? 在 CVD過程中，利用等離子體對沉積過程施加影響的技術(shù)被稱為 等離子體輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù) ? 從此意義上講，一般的 CVD技術(shù)依賴于相對較高的溫度，因而可被稱為 熱 CVD技術(shù) ? 在 PECVD裝置中，氣體的壓力多處于易于維持大面積等離子體的 5?500Pa的范圍，放電類型多屬于輝光放電，等離子體密度約 109?1012個 /cm3， 而電子溫度約 1?10eV PECVD 的主要優(yōu)點 ? PECVD方法區(qū)別于普通 CVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可 間接地提供 CVD過程所需要的激活能 ? 電子與氣相分子的碰撞可促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離，生成活性很高的各種化學(xué)基團，顯著 降低 CVD薄膜沉積的溫度 ? 而普通 CVD過程的 反應(yīng)速率 那時，熱能是使過程得以進行的激活能的來源 RTEekk???? ?0熱 CVD和等離子體輔助 CVD的 典型沉積溫度范圍 薄膜 沉積溫度 (?C) CVD PECVD 硅外延薄膜 1000～ 1250 750 多晶硅 650 200～ 400 Si3N4 900 300 SiO2 800～ 1100 300 TiC 900～ 1100 500 TiN 900～ 1100 500 WC 1000 325～ 525 在 PECVD的 溫度下，若采用熱 CVD，也許根本沒有任何反應(yīng)發(fā)生 薄膜 PECVD 低溫沉積 的主要優(yōu)點 薄膜低溫沉積的意義包括： ?避免薄膜與襯底間發(fā)生不必要的擴散與反應(yīng) ?避免薄膜或襯底材料的結(jié)構(gòu)變化與性能惡化 ?避免薄膜與襯底中出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力等 PECVD過程中的微觀過程 ? 在氣相中 ,PECVD發(fā)生的是 PVD和 CVD結(jié)合的過程 ? 在襯底表面 ,發(fā)生的是與熱 CVD相似的吸附、擴散、反應(yīng)以及脫附等一系列的微觀過程 熱 CVD過程 PECVD過程 e ? 氣體分子與電子碰撞，產(chǎn)生出活性基團和離子；活性基團擴散到襯底表面 ? 活性基團也可與其他氣體分子或活性基團發(fā)生相互
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