رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار به کمک پلاسما (PACVD یا PECVD) چیست؟

مولف: علی کوثری مهر

PACVD یا PECVD

رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار به کمک پلاسما یکی از فرآیندهای تکمیلی CVD است که بازده واکنش شیمیایی را در دماهای پایین‌تر زیرلایه افزایش می‌دهد. در سیستم‌های PECVD، راکتور با توان الکتریکی تغذیه می‌شود تا موجب تولید پلاسما گردد. این توان یا توسط یک سیم‌پیچ القایی (کویل) از بیرون محفظه و یا به صورت مستقیم توسط الکترودهای دیود تخلیه‌ی تابان تامین می‌گردد. معمولا فشار کاری در بازه‌ی 10 تا 100 پاسکال است. درجه‌ی یونیزاسیون در پلاسما معمولا تنها از مرتبه ^4-10 است و بنابراین گاز درون راکتور عمدتا شامل ذرات خنثی است. یون‌ها و الکترون‌ها از میان ذرات خنثی عبور می‌کنند و از میدان الکتریکی پلاسما انرژی می‌گیرند. انرژی میانگین الکترون‌ها در بازه‌ی 2 تا 8 الکترون ولت قرار دارد که متناظر با دماهای 23000 تا 92800 درجه‌ی کلوین است. در مقابل، یون‌های سنگین که تحرک بسیار کمتری دارند، نمی‌توانند به طور موثر انرژی جفت شدن کافی از میدان الکتریکی دریافت کنند. متعاقبا، انرژی‌ یون‌های پلاسما اندکی از ملکول‌های گاز خنثی در دمای اتاق بالاتر است؛ معمولا دمای یون‌ها در پلاسما حدود 500 درجه‌ی کلوین است.

از آنجایی که دمای الکترون در پلاسما بسیار بالاتر از دمای گاز است، تعادل گرمایی بین ملکول‌های گاز خنثی و الکترون‌ها برقرار نمی‌شود. این موضوع دلالت بر آن دارد که پلاسما در تخلیه‌ی تابان به گونه‌ای پلاسمای سرد است که شامل الکترون‌هایی با دمای بالا (یعنی الکترون‌های داغ) و مولکول‌های گازی با دمای اتاق می‌باشد. ازینرو، الکترون‌های داغ واکنش‌های شیمیایی در پلاسما را بهبود می‌بخشند و این موضوع موجب کاهش دمای واکنش‌ها نسبت به فرآیندهای مرسوم CVD می‌گردد.

تاکنون چندین فرآیند PECVD بهبود یافته توسعه داده شده است. در یکی از مهم‌ترین آنها، پلاسماهای مبتنی بر ماکروویو بکار گرفته شده است تا فشار کاری را پایین بیاورد. همچنین یک میدان مغناطیسی با قدرت میدان مناسب بر پلاسمای ماکروویو اعمال می‌گردد تا موجب تشدید بین فرکانس سیکلوترون الکترون و میدان الکتریکی اعمال شده گردد. این موضوع به عنوان شرط تشدید سیکلوترون الکترون (ECR) شناخته می‌شود [2,1].

منابع:

1. Chow LA (2012) Equipment and Manufacturability Issues in CVD Processes. In: Handbook of Thin Film Deposition: Techniques, Processes, and Technologies: Third Edition. Elsevier Inc., pp 127–178. Webpage

2. Wasa K, Kitabatake M, Adachi H (2004) Thin Films Material Technology: Sputtering of Compound Materials. Springer. Webpage