بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق لایه نازك اکسید سیلیسیم بر روي زیرلایههاي شیشه و سیلیکون در دماي پایین رسوبگذاري شده است. روش به کار برده شده جهت لایهنشانی، روش رسوبگذاري بخار شیمیایی در محیط پلاسمایی است. در ترکیب گاز پلاسما، از ترکیب آلی-فلزي TEOS در حالت مایع به عنوان منبع سیلیکون و گاز اکسیژن به عنوان اکسید کننده استفاده شده است. اثر نسبت فشار جزئی بخار TEOS به گاز اکسیژن 0/05 - تا - 1/5 بر روي ساختار، ترکیب شیمیایی و ضریب شکست لایه از طریق تستهاي پراش پرتو X، اسپکتروسکوپی تبدیل فوریه مادون قرمز ، میکروسکوپ نیروي اتمی و تکنیک بروستر مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین مکانیزم هاي فرایند رسوبگذاري و ارتباط آنها با نسبت فشار جزئی بخار TEOS به گاز اکسیژن و اثري که بر خواص لایه دارند، مورد مطالعه قرار گرفته است. براي این منظور از طیفسنجی گسیلی نوري پلاسما بهره گرفته شده است.
مقدمه
لایهي نازك اکسید سیلیسیم به علت داشتن خواص منحصر به فرد الکتریکی، اپتیکی و مکانیکی کاربردهاي زیاد و متنوعی درصنایع مختلف، به ویژه صنایع میکروالکترونیک و اپتوالکترونیک دارد..[6-1] اکسید سیلیسیم به چندین روشهر تولید می شود که کدام براي کاربردهاي مختلف مزیتهاي خاصی دارند. روش سل-ژل[2] و روش رسوب گذاري فاز مایع[3] که در حداقل مقدارضخامت لایه محدودیت دارند. روش رسوب گذاري بخارشیمیایی [4] و روش پاشش[5] که در آنها، علاوه بر اینکه لایه باکیفیت بهتري تولید میشود، کنترل بهتري در ضخامت لایه نیزمیتوان داشت..[6]در میان آنها روش رسوب گذاري بخار شیمیایی با تکنیک تقویت پلاسمایی، علاوه بر تولید لایه هاي با خلوص زیاد،مزیتهاي دیگري دارد که شامل آهنگ رسوبگذاري بالا، پوشش پلهاي یکنواخت و پایین بودن دماي مورد نیاز براي رسوب گذاري است.
در این روش، در حضور پلاسما می توان فرایند رسوب گذاري را در دماي پایینتر از 100 درجهي سانتیگراد انجام داد به طوري که براي بسیاري کاربردهایی که نیاز است لایه بر روي بسترهاي پلیمري، پلاستی کی ویا قطعات حساس الکتر ونیکی و اپتیکی نشانده شود، این رو ش مناسب است .تا کنون مواد مختلفی به عنوان منبع سیلیکون در این روش مورد استفاده قرار گرفته است که متداولترین آنها، گاز سیلان میباشد. سیلان یک گاز بس یار اشتعالپذیر، انفجاري و سمی است،بنابراین ایمنی بسیار حساسی دارد و درصورت بروز حادثه خسارات جانی و مالی شدیدي به بار میآورد. بنابراین در این تحقیق از ترکیب آلی-فلزيTEOS به عنوان منبعی براي سیلیکون استفاده کردهایم. تحقیقات زیاد ي در سالهاي اخیر در رابطه با ای ن ترکیب جهت رسوبگذاري اکسید سیلیسیم به روش CVD انج ام گرفتهاست و نشان داده شده است که با ا ستفاده از این ماده م یتوان به آهنگ رسوبگذاري بالاتر و یکنواختی بهتري براي لایه رسید و علاوه بر آن با کنترل متغیرهاي آزمایش و به ویژه نسبت گازها در ترکیب پلاسما، میتوان لایههاي م شخصات مورد نظري از قبیل خواص اپتیکی و مکانیکی تولید کرد.
روشهاي آزمایشی
لایهنشانی از طریق سیستم رسوب گذاري شیمیایی بخار پلاسمایی با منبع تغذیه فرکانس رادیویی در فرکانس 34 مگاهرتز انجام شده است. این سیستم شامل دو الکترود صفحهاي م وازي به فاصلهي 4 سانتیمتر است بهطوريکه توان RF به یکی از آنها اعمال شده و دیگري زمین شده است. در هر مرحله فرایند رسوبگذاري یک زیرلایه شیشه و یک زیرلایه سیلیکونی بر روي الکترود توان شده قرار می گیرد. براي جلوگیري از دماي بیش از حد دماي زیرلایه، از سیستم آب گرد استفاد ه شده است به طوريکه دماي آن د ر شرایط مختل ف لایه نشانی در محدودهي 76 تا 174 درجه سلس یوس بوده است. شار TEOS از طریق شیرسوزنی مخصوص مایعات کنترل ش ده و وارد محف ظهي خلا میشود، سپس بخار آن به وسیله ي شیرسوزنی کنترل شد ه و واردخلا محفظهي میگردد.
فشار کاري در ح دود 0/2 تور نگه داشته شده است. در این تحقیق اثر نسبت فشار جزئی بخار TEO S به گاز اکسیژن در توان 200 و 300وات آزمایش شده است.به من ظور تشخیص حالتهاي گذار در پلاسما از طی فسنجی گسیلی نوري - OES - استفاده شده است. ساختار و پیوند شیمیایی لایهها از طریق تستهاي پرا ش پرتو - X R D - X و طیفسنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - F IR - در محدوده 400 تا cm-1 4000 مورد مطالعه ق رار گرفته است. ضخامت لایهها از طریق سیستم اندازهگیري پروفایل سطح - De ktak8000 - اندازهگیري شدهاست. همچنین ضریب شکست لایه ها از طریق تکنیک بروستر و با تابش پرتو لیزر 632/8 نانومتر محاسبه شده است.
نتیجه گیري
طیفهاي OES مربوط به پلاسماي TEOS خالص و پلاسماي - R =0/05 - TEOS -O2 در شکل1 نشان داده شد هاند. توان RF اعمالی در هر دو مورد 200 وات میباشد. گذارهاي مشاهده شده در طیف OES در جدول1 داده شده است.برقراري شبکه پیوندي Si-O-Si باید شاخههاي شامل پیوندهاي مولکول CH از تکههاي TEOS جدا شوند.آهنگ رسوبگذاري لایه به صورت تابعی از R - در توانهاي 200و 300 وات - در شکل2 نشان داده شده است.طیف OES مربوط به پلاسماي TEOS خالص تنها یک گسیل اتمی واضح مربوط به H آلفا تحریک شده دارد که در طول موج 656 نانومتر واقع شده است. همچنین تعدادي گسیل مولکولی با شدت کم مربوط به مولکول هاي CH، C2 ،CO و H2 میباشند.
طیف OES مربوط به پلاسماي TEOS-O2 چندین گذار مربوط به یونها و اتمهاي اکسیژن دارد. مهمترین آن ها در 777/4 نانومتر و 844/6 نانومتر - مربوط به اکسیژن اتمی - و در 525 نانومتر و 559 نانومتر - مربوط به یون - O2+ میباشند.مولکولهاي TEOS در محیط پلاسماي TEOS-O2 طی دو مکانیزم اکسیداسیون و برخورد الکترونی مطابق روابط زیر تجزیه میشوند.
گروههاي CH جدا شده با یونها و اتمهاي اکسیژن واکنش داده و از طریق سیستم تخلیه از محفظه خارج میشوند. بعددر مرحلهي مولکولهاي TEOS که گروههاي CHشان کاهش پیدا کرده است، جذب سطحی زیرلایه میشوند.
ترکیب اکسید سیلیسیم میتواند از TEOS خالص نیز تولید شود، چون اتم سیلیکون در مولکول TEOS با چهار اتم اکسیژن پیوند دارد. اگرچه با افزایش یونها و اتمهاي تحریک شده ي اکسیژن در ترکیب گاز پلاسما، یک مسیر تناوبی براي جدا کردن گروههاي CH از تکه هاي مولکول هاي TEOS که جذب زیر لایه شدهاند، میگردد. به این ترتیب با افزایش اکسیژن در توان 200 وات، آهنگ رسوبگذاري افزایش مییابد. نتیجهي مخالف در - 1 - توان 300 وات به این علت است که در توان هاي بالاتر مولکولهاي TEOS قبل از جذب سطحی به زیرلایه به تکههاي کوچکتري تجزیه شده که گروهاي CH کمتري دارند و در واقع - 2 - میتوانند با مقدار ناچیز اکسیژن نیز شبکه ي پیوندي Si-O-Si تشکیل دهند.شکل3 طیف XRD از یک نمونه نوعی از لایه SiO2 رسوبگذاري شده را نشان میدهد که ساختار آمورف لایه را نشان میدهد
