等离子体辅助CVD技术VIP免费

薄膜材料制备技术薄膜材料制备技术ThinFilmMaterialsThinFilmMaterials薄膜材料制备技术薄膜材料制备技术ThinFilmMaterialsThinFilmMaterials北京科技大学材料科学学院唐伟忠Tel:62334144E-mail:wztang@mater.ustb.edu.cn课件下载网址：wztang_teaching@sina.com下载密码：123456第六讲第六讲薄膜材料制备的等离子体辅助薄膜材料制备的等离子体辅助CVDCVD方方法法PreparationofthinfilmsbyPreparationofthinfilmsbyplasmaenhancedCVDplasmaenhancedCVD（（PEPECVD)processesCVD)processes提要提要等离子体的一般性质等离子体的一般性质等离子体辅助等离子体辅助CVDCVD的的机理和特机理和特点点等离子体辅助的等离子体辅助的CVDCVD方法方法放电击穿后，气体成为具有一定导电能力的等离子体，它是一种由离子、电子及中性原子和原子团组成，而宏观上对外呈现电中性的物质存在形式等离子体和等离子体中的微观过程等离子体和等离子体中的微观过程等离子体中电子碰撞参与的主要微观过程电子与气体分子的弹性碰撞电子与气体分子的非弹性碰撞激发分解电离XY+eXY+e（使气体分子的动能增加）XY+eXY*+eXY+eX+Y+eXY+eXY++2e（使气体分子的内能增加）各种等离子体的电子温度与等离子体密度PECVD使用的等离子体多为辉光放电等离子体:Te2eVne1010/cm3○○等离子体密度1010/cm3(1/10000的电离率)等离子体中电子的温度Te2eV=23000K离子及中性原子处于低能态，如300500K但，等离子体中还存在着大量的活性基团：离子、原子、激发态的分子和原子、自由基如:CH4+,C,CH4*,C*,CH3等离子体的一般性质等离子体的一般性质在典型的辉光放电等离子体中：等离子体和等离子体中的微观过程等离子体和等离子体中的微观过程等离子体中，SiH4气相分子经碰撞过程而生成各种活性基团等离子体和等离子体和等离子体中等离子体中的微观过程的微观过程densityofradicalsproducedviaelectron-impactdissociation,inarealisticsilaneplasmaA.Matsudaetal./SolarEnergyMaterials&SolarCells78(2003)3–26○不同类型的等离子体等离子体类型辉光放电弧光放电（非平衡等离子体）（局域平衡等离子体）激励电源频率DC13.56MHz(RF)2.45GHz（微波）DC13.56MHz(RF)功率0～100kW1～20MW等离子体密度109～1012/cm3～1014/cm3压力1Pa～0.15atm2kPa～1atm电子温度～104K～104K原子温度～500K～104K远离接近热力学平衡等离子体辅助化学气相沉积等离子体辅助化学气相沉积（（PECVD)PECVD)在CVD过程中，利用等离子体对沉积过程施加影响的技术被称为等离子体辅助化学气相沉积技术从此意义上讲，一般的CVD技术依赖于相对较高的温度，因而可被称为热CVD技术在PECVD装置中，气体的压力多处于易于维持大面积等离子体的5500Pa的范围，放电类型多属于辉光放电，等离子体密度约1091012个/cm3，而电子温度约110eVPECVDPECVD的主要优点的主要优点PECVD方法区别于普通CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可间接地提供CVD过程所需要的激活能电子与气相分子的碰撞可促进气体分子的分解、化合、激发和电离，生成活性很高的各种化学基团，显著降低CVD薄膜沉积的温度而普通CVD过程的反应速率那时，热能是使过程得以进行的激活能的来源RTEekk0热CVD和等离子体辅助CVD的典型沉积温度范围薄膜沉积温度(C)CVDPECVD硅外延薄膜1000～1250750多晶硅650200～400Si3N4900300SiO2800～1100300TiC900～1100500TiN900～1100500WC1000325～525在PECVD的温度下，若采用热CVD，也许根本没有任何反应发生薄膜薄膜PECVDPECVD低温沉积低温沉积的主要优的主要优点点薄膜低温沉积的意义包括：避免薄膜与衬底间发生不必要的扩散与反应避免薄膜或衬底材料的结构变化与性能恶化避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等PECVD过程中的微观过程在气相中,PECVD发生的是PVD和CVD结合的过程在衬底表面,发生的是与热CVD相似的吸附、扩散、反应以及脱附等一系列的微观过程热CVD过程PECVD过程e-气体分子与电子碰撞，产生出活性基团和离子；活性基团扩散到衬底表面活性基团也可与其他气体分...