Osadzanie warstw w warunkach plazmy: zarodkowanie czy polimeryzacja?

• Autorzy: Tkacz-Śmiech K. , Jonas S. , Boszkowicz P.

Warianty tytułu

EN

Plasma-chemical deposition: nucleation or polimerisation?

• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podjęto dyskusję odnośnie do mechanizmu osadzania fazy stałej z fazy gazowej w procesie CVD. Rozważono dwa mechanizmy, zarodkowanie i polimeryzację oraz poddano ocenie prawdopodobieństwo ich wystąpienia w procesie depozycji materiałów krzemowych. W tym celu obliczono przykładowe wartości promieni krytycznych zarodka oraz wielkości bariery energetycznej dla różnej temperatury i różnych przesyceń. Obliczenia wykonano zgodnie z klasyczną teorią zarodkowania. Rezultaty odniesiono do warunków w układzie CVD, zarówno w rozwiązaniu klasycznym, jak i wspomaganym plazmą (PE CVD). Na tej podstawie przyjęto, że zarodkowanie stanowi prawdopodobny mechanizm wzrostu fazy stałej z fazy gazowej w warunkach dużych przesyceń i wysokiej temperatury. Jeśli proces prowadzony jest przy prężnościach poniżej prężności pary nasyconej (również w układzie PE CVD), dominuje w nim mechanizm polimeryzacji. Zaproponowano szereg modelowych reakcji, układających się w cykle odtwarzające strukturę powierzchni i prowadzące do efektywnego wzrostu fazy stałej.

EN

A discussion concerning a mechanism of chemical vapour deposition of silikon materials has been undertaken. Two possible mechanisms, nucleation and polymerisation, have been presented and their probabilities analysed. Critical sizes of the nuclei and related potential barriers have been calculated for chosen temperatures and supersaturations. The necessary calculations hale been performed within classical theory of nucleation. The results have been compared with the conditions applied in classical and plasma enhanced CVD (PE CVD) systems. The results have indicated the nucleation as the mechanizm proper for the solid phase formation under high supersaturation and at high temperatures. When the process is carried on with application of the nonsaturated gas phase (also in PE CVD system), the solid phase may effectively grow via polymerisation. A series of model reactions is proposed. The are arranged in the cycles in which the surface undergoes a reconstruction.

Słowa kluczowe

PL

proces CVD; zarodkowanie; polimeryzacja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 764--767
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Tkacz-Śmiech K.

autor

Jonas S.

autor

Boszkowicz P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki,

Bibliografia

• [1] Glocker D. A., Shah S. I. (ed.): Handbook of thin film process technology, IOP (2002).
• [2] Jonas S.: Spójny model zjawisk transportu masy i reakcji chemicznych w procesie chemicznej krystalizacji z fazy gazowej, Ceramika 58 (1990).
• [3] Sokołowska A.: Niekonwencjonalne środki syntezy materiałów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (1991).
• [4] Petherbridge J. R., May P. W., Pearce S. R. J., Rosser K. N., Ashfold M. N. R.: Low temperature diamond growth using CO2/CH4 plasmas: Molecular beam mass spectrometry and computer simulation investigations, J. Appl. Phys. 89 1484 (2001).
• [5] Vescan L.: Thermally activated chemical vapour deposition, w: Handbook of thin film process technology, Glocker D.A., Shah S. I. (ed.), IOP (2002) B1.4.
• [6] Jansen F.: Plasma-enhanced chemical vapour deposition. Introduction and general discussion, w: Handbook of thin film process technology, Glocker D. A., Shah S. I. ed., IOP (2002), B1.2.
• [7] Edelstein R. S., Gouzman I., Folman M., Hoffman A., Rotter S.: Surface karbon saturation as a means of CVD diamond nucleation enhancement, Diamond and Relat. Mater. 8 139 (1999).
• [8] Fang M., Drevillon B.: In situ spectroellipsometry study of the nucleation and growth of microcrystalline silicon, J. Appl. Phys. 70 4894 (1991).
• [9] Lucovsky G., Nemanich R. J., Knights J. C.: Structural interpretation of the vibrational spectra of a-Si: H alloys, Phys. Rev. B 19 2064 (1979).
• [10] Pielichowski J., Puszyński A.: Chemia polimerów, Wyd. AGH Kraków (1998).
• [11] Avigal Y., Schieber M.: Silicon carbide contamination of epitaxial silicon grown by pyrolysis of tetramethyl silane, J. Cryst. Growth 9 127 (1971).
• [12] Fritz G., Grobe J., Kummer D., Carbosilanes, Adv. Inorg. Chem. 7 349 (1965).
• [13] Papon P., Leblond J., Meijer P. H. E.: The physics of phase transitions. Concepts and applications, Springer-Verlag (2002).
• [14] Klamut J., Durczewski K., Sznajd J.: Wstęp do fizyki przejść fazowych, Wyd. PAN (1979).
• [15] Jacobi K.: Chemical composition and morphology of silicon surfaces, w: Handbook of thin film process technology, Glocker D.A., Shah S. I. (ed.), IOP (2002) G2.
• [16] Poradnik fizykochemiczny. Działy: Ogólny, Fizykochemiczny, Nieorganiczny, Organiczny, Analityczny, WNT Warszawa.
• [17] Herrick C. S., Sanchez-Martinez R. A.: Equilibrium calculations for the Si-H-Cl system from 300 to 3000 K, J. Electrochem. Soc. 131 455 (1984).
• [18] Harris J. M.: Growth characteristics of alpha-silicon carbide. II. Equilibrium considerations, J. Electrochem. Soc. 118 338 (1971).
• [19] Imaizumi M., Yamaguchi K., Okitsu K., Ymaguchi M., Hara T., Ito T., Konomi I.: Effects of hydrogen on the growth of nanocrystalline silicon films by electronbeam excited plasma chemical vapor deposition, J. Appl. Phys. 88 6848 (2000).
• [20] Sakaoku K., Liepins R.: Submicron polymer powder in electrodeless radio frequency-induced plasma-initiated polymerization, J. Appl. Polymer Sci. 6, 2633 (1972).
• [21] Jonas S., Ptak W. S., Sadowski W., Walasek E., Paluszkiewicz C.: FTIR in situ studies of the gas phase reactions in chemical vapor deposition of SiC, J. Electrochem. Soc. 142 2357 (1995).