कम-ऊर्जा प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव

कोमो, इटली में LNESS प्रयोगशाला में एक प्रोटोटाइप LEPECVD रिएक्टर के अंदर प्लाज़्मा (केवल बाईं ओर आर्गन और दाईं ओर सिलेन)।

कम-ऊर्जा प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (एलईपीईसीवीडी) एक प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव तकनीक है जिसका उपयोग पतली अर्धचालक (सिलिकॉन, जर्मेनियम और सिलिकॉन जर्मेनियम ) फिल्मों के epitaxy जमाव के लिए किया जाता है। एक दूरस्थ कम ऊर्जा, उच्च घनत्व प्रत्यक्ष वर्तमान आर्गन प्लाज्मा (भौतिकी) को गैस चरण प्रीकर्सर (रसायन विज्ञान) को कुशलतापूर्वक विघटित करने के लिए नियोजित किया जाता है, जबकि एपिटैक्सियल परत को बरकरार रखते हुए, उच्च गुणवत्ता वाले एपिलेयर और उच्च निक्षेपण दर (10 nm/s तक) .

कार्य सिद्धांत

सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) (आमतौर पर एक सिलिकॉन वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)) को रिएक्टर कक्ष में डाला जाता है, जहां इसे बैकसाइड से ग्रेफाइट प्रतिरोधक हीटर द्वारा गर्म किया जाता है। पूर्ववर्ती अणुओं को आयनित करने के लिए एक आर्गन प्लाज्मा को कक्ष में पेश किया जाता है, जिससे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रेडिकल (रसायन विज्ञान) उत्पन्न होता है जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट पर एक एपिलेयर का विकास होता है। इसके अलावा, Ar आयनों की बमबारी बिना किसी संरचनात्मक क्षति का परिचय देते हुए सब्सट्रेट की सतह पर हाइड्रोजन परमाणुओं के सोखने को हटा देती है। रेडिकल्स की उच्च प्रतिक्रियाशीलता और आयन बमबारी द्वारा सतह से हाइड्रोजन को हटाने से तापीय रासायनिक वाष्प जमाव (CVD) द्वारा Si, Ge और SiGe मिश्र धातुओं की वृद्धि की विशिष्ट समस्याओं को रोका जा सकता है, जो हैं

सब्सट्रेट तापमान से विकास दर की निर्भरता, पूर्ववर्ती अपघटन और सब्सट्रेट से हाइड्रोजन desorption के लिए आवश्यक तापीय ऊर्जा के कारण
उच्च तापमान (सिलिकॉन के लिए> 1000 डिग्री सेल्सियस) एक महत्वपूर्ण विकास दर प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, जो उपरोक्त प्रभावों से दृढ़ता से सीमित है
SiGe मिश्र धातु संरचना पर जमाव दर की मजबूत निर्भरता, Si और Ge सतहों से हाइड्रोजन desorption दर के बीच बड़े अंतर के कारण।

इस प्रभाव के लिए धन्यवाद, एलईपीईसीवीडी रिएक्टर में विकास दर केवल प्लाज्मा पैरामीटर और गैस प्रवाह पर निर्भर करती है, और मानक सीवीडी उपकरण की तुलना में बहुत कम तापमान पर एपिटाक्सी बयान प्राप्त करना संभव है।

एलईपीईसीवीडी रिएक्टर

एक विशिष्ट LEPECVD रिएक्टर का रेखाचित्र।

LEPECVD रिएक्टर को तीन मुख्य भागों में विभाजित किया गया है:

एक लोडलॉक, वैक्यूम को तोड़े बिना सबस्ट्रेट्स को चेंबर में लोड करने के लिए
मुख्य कक्ष, जिसे ~10 के बेस प्रेशर पर UHV में रखा जाता है $^{-9}$ मिलीबार
प्लाज्मा स्रोत, जहां प्लाज्मा उत्पन्न होता है।

सब्सट्रेट को कक्ष के शीर्ष पर रखा जाता है, जो प्लाज्मा स्रोत की ओर नीचे की ओर होता है। दो बोरॉन नाइट्राइड डिस्क के बीच संपुटित प्रतिरोधक ग्रेफाइट हीटर से थर्मोकपल विकिरण द्वारा पीछे की ओर से ताप प्रदान किया जाता है, जो हीटर में तापमान की एकरूपता में सुधार करता है। थर्माकोपल्स का उपयोग हीटर के ऊपर के तापमान को मापने के लिए किया जाता है, जो कि इन्फ्रारेड उष्णता के कारण वस्तुओं का प्रसार नापने का यंत्र के साथ किए गए अंशांकन द्वारा सब्सट्रेट के साथ सहसंबद्ध होता है। मोनोक्रिस्टलाइन फिल्मों के लिए विशिष्ट सब्सट्रेट तापमान क्रमशः जर्मेनियम और सिलिकॉन के लिए 400 डिग्री सेल्सियस से 760 डिग्री सेल्सियस है।

वेफर चरण की क्षमता को बाहरी बिजली आपूर्ति द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जो सतह पर पड़ने वाले कणों की मात्रा और ऊर्जा को प्रभावित करता है, और आमतौर पर कक्ष की दीवारों के संबंध में 10-15 वी पर रखा जाता है।

प्रक्रिया गैसों को वेफर चरण के नीचे स्थित गैस फैलाव रिंग के माध्यम से कक्ष में पेश किया जाता है। LEPECVD रिएक्टर में इस्तेमाल होने वाली गैसें silane हैं (SiH₄) और सार्थक (GeH₄) सिलिकॉन और जर्मेनियम जमाव के लिए क्रमशः डाइबोराने के साथ (B₂H₆) और फॉस्फीन (PH₃) पी- और एन-टाइप डोपिंग के लिए।

प्लाज्मा स्रोत

प्लाज्मा स्रोत एलईपीईसीवीडी रिएक्टर का सबसे महत्वपूर्ण घटक है, क्योंकि कम ऊर्जा, उच्च घनत्व, प्लाज्मा एक विशिष्ट पीईसीवीडी जमाव प्रणाली से महत्वपूर्ण अंतर है। प्लाज्मा एक स्रोत में उत्पन्न होता है जो कक्ष के तल से जुड़ा होता है। आर्गन को सीधे स्रोत में खिलाया जाता है, जहां थर्मोनिक उत्सर्जन द्वारा इलेक्ट्रॉन-समृद्ध वातावरण बनाने के लिए टैंटलम तंतुओं को गर्म किया जाता है। तब प्लाज्मा को डीसी बिजली का निर्वहन द्वारा गर्म तंतुओं से स्रोत की जमी हुई दीवारों तक प्रज्वलित किया जाता है। स्रोत में उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के लिए धन्यवाद, डिस्चार्ज प्राप्त करने के लिए आवश्यक वोल्टेज लगभग 20-30V है, जिसके परिणामस्वरूप लगभग 10-20 eV की आयन ऊर्जा होती है, जबकि डिस्चार्ज करंट कई दसियों एम्पीयर के क्रम का होता है, जिससे एक उच्च आयन घनत्व। डीसी डिस्चार्ज करंट को आयन घनत्व को नियंत्रित करने के लिए ट्यून किया जा सकता है, इस प्रकार विकास दर को बदल सकता है: विशेष रूप से बड़े डिस्चार्ज करंट में आयन घनत्व अधिक होता है, इसलिए दर में वृद्धि होती है।

प्लाज्मा कारावास

प्लाज़्मा ग्राउंडेड चेंबर की दीवारों से विद्युत रूप से जुड़े एनोड के माध्यम से विकास कक्ष में प्रवेश करता है, जिसका उपयोग निर्वहन और प्लाज्मा को केंद्रित करने और स्थिर करने के लिए किया जाता है। चेंबर की धुरी के साथ निर्देशित एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आगे ध्यान केंद्रित किया जाता है, जो चेंबर के चारों ओर लिपटे बाहरी तांबे के कॉइल द्वारा प्रदान किया जाता है। कॉइल्स (यानी चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता) के माध्यम से बहने वाली धारा को सब्सट्रेट की सतह पर आयन घनत्व को बदलने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है, इस प्रकार विकास दर को बदल सकता है। अतिरिक्त कॉइल्स (वॉबलर्स) को कक्ष के चारों ओर रखा जाता है, चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत अक्ष के साथ, सब्सट्रेट पर प्लाज्मा को लगातार स्वीप करने के लिए, जमा फिल्म की समरूपता में सुधार करना।

अनुप्रयोग

सब्सट्रेट तापमान से स्वतंत्र रूप से विकास दर (प्लाज्मा घनत्व या गैस प्रवाह के माध्यम से) को बदलने की संभावना के लिए धन्यवाद, दोनों पतली फिल्मों के साथ तेज इंटरफेस और नैनोमीटर पैमाने पर सटीकता 0.4 nm/s जितनी कम दरों पर, साथ ही साथ एक ही रिएक्टर का उपयोग करके और एक ही निक्षेपण प्रक्रिया में 10 nm/s की उच्च दर पर मोटी परतें (10 um या अधिक तक) उगाई जा सकती हैं। एनआईआर के लिए कम-हानि संरचना-श्रेणी वाले वेवगाइड्स को विकसित करने के लिए इसका उपयोग किया गया है^[1] और मीर^[2] और एनआईआर ऑप्टिकल एम्प्लीट्यूड मॉड्यूलेशन के लिए एकीकृत नैनोस्ट्रक्चर (यानी क्वांटम वेल स्टैक)।^[1]एक ही जमाव चरण में मोटे बफर पर बहुत तेज क्वांटम कुओं को विकसित करने के लिए LEPECVD की क्षमता को भी उच्च गतिशीलता तनाव वाले जीई चैनलों को महसूस करने के लिए नियोजित किया गया है।^[3] एलईपीईसीवीडी तकनीक का एक और आशाजनक अनुप्रयोग उच्च पहलू अनुपात, स्व-इकट्ठे सिलिकॉन और जर्मेनियम माइक्रोक्रिस्टल को गहराई से प्रतिरूपित सी सबस्ट्रेट्स पर बढ़ने की संभावना है।^[4] यह हेटेरोपिटाक्सी (यानी थर्मल विस्तार गुणांक और क्रिस्टल जाली बेमेल) से संबंधित कई समस्याओं को हल करता है, जिससे बहुत उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता होती है, और एलईपीईसीवीडी रिएक्टर में पाए जाने वाले उच्च दर और कम तापमान के लिए संभव है।^[5]

यह भी देखें

रासायनिक वाष्प निक्षेपन
प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव

संदर्भ

↑ ^1.0 ^1.1 Vivien, Laurent; Isella, Giovanni; Crozat, Paul; Cecchi, Stefano; Rouifed, Mohamed-Said; Chrastina, Daniel; Frigerio, Jacopo; Marris-Morini, Delphine; Chaisakul, Papichaya (June 2014). "सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर एकीकृत जर्मेनियम ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट". Nature Photonics. 8 (6): 482–488. doi:10.1038/nphoton.2014.73. hdl:11311/849543. ISSN 1749-4893.
↑ Ramirez, J. M.; Liu, Q.; Vakarin, V.; Frigerio, J.; Ballabio, A.; Le Roux, X.; Bouville, D.; Vivien, L.; Isella, G.; Marris-Morini, D. (9 January 2018). "मिड इन्फ्रारेड में ब्रॉडबैंड लो-लॉस प्रसार के साथ ग्रेडेड SiGe वेवगाइड्स". Optics Express. 26 (2): 870–877. doi:10.1364/OE.26.000870. hdl:11311/1123121. PMID 29401966.
↑ von Känel, H.; Chrastina, D.; Rössner, B.; Isella, G.; Hague, J.P.; Bollani, M. (October 2004). "कम-ऊर्जा प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा निर्मित उच्च गतिशीलता SiGe हेटरोस्ट्रक्चर". Microelectronic Engineering. 76 (1–4): 279–284. doi:10.1016/j.mee.2004.07.029.
↑ Falub, C. V.; von Kanel, H.; Isa, F.; Bergamaschini, R.; Marzegalli, A.; Chrastina, D.; Isella, G.; Muller, E.; Niedermann, P.; Miglio, L. (15 March 2012). "हेटेरो-एपिटैक्सी को परतों से तीन-आयामी क्रिस्टल तक स्केल करना". Science. 335 (6074): 1330–1334. doi:10.1126/science.1217666. PMID 22422978. S2CID 27155438.
↑ Bergamaschini, R.; Isa, F.; Falub, C.V.; Niedermann, P.; Müller, E.; Isella, G.; von Känel, H.; Miglio, L. (November 2013). "सघन Si स्तंभ सरणियों पर स्व-संरेखित Ge और SiGe त्रि-आयामी एपिटॉक्सी". Surface Science Reports. 68 (3–4): 390–417. doi:10.1016/j.surfrep.2013.10.002.

बाहरी संबंध

LEPECVD page on the website of L-NESS laboratory of Politecnico di Milano, in Como, Italy.

[NIR-1] 1.0 ^1.1 Vivien, Laurent; Isella, Giovanni; Crozat, Paul; Cecchi, Stefano; Rouifed, Mohamed-Said; Chrastina, Daniel; Frigerio, Jacopo; Marris-Morini, Delphine; Chaisakul, Papichaya (June 2014). "सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर एकीकृत जर्मेनियम ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट". Nature Photonics. 8 (6): 482–488. doi:10.1038/nphoton.2014.73. hdl:11311/849543. ISSN 1749-4893.

[MIR-2] Ramirez, J. M.; Liu, Q.; Vakarin, V.; Frigerio, J.; Ballabio, A.; Le Roux, X.; Bouville, D.; Vivien, L.; Isella, G.; Marris-Morini, D. (9 January 2018). "मिड इन्फ्रारेड में ब्रॉडबैंड लो-लॉस प्रसार के साथ ग्रेडेड SiGe वेवगाइड्स". Optics Express. 26 (2): 870–877. doi:10.1364/OE.26.000870. hdl:11311/1123121. PMID 29401966.

[mobility-3] von Känel, H.; Chrastina, D.; Rössner, B.; Isella, G.; Hague, J.P.; Bollani, M. (October 2004). "कम-ऊर्जा प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा निर्मित उच्च गतिशीलता SiGe हेटरोस्ट्रक्चर". Microelectronic Engineering. 76 (1–4): 279–284. doi:10.1016/j.mee.2004.07.029.

[pillars-4] Falub, C. V.; von Kanel, H.; Isa, F.; Bergamaschini, R.; Marzegalli, A.; Chrastina, D.; Isella, G.; Muller, E.; Niedermann, P.; Miglio, L. (15 March 2012). "हेटेरो-एपिटैक्सी को परतों से तीन-आयामी क्रिस्टल तक स्केल करना". Science. 335 (6074): 1330–1334. doi:10.1126/science.1217666. PMID 22422978. S2CID 27155438.

[5] Bergamaschini, R.; Isa, F.; Falub, C.V.; Niedermann, P.; Müller, E.; Isella, G.; von Känel, H.; Miglio, L. (November 2013). "सघन Si स्तंभ सरणियों पर स्व-संरेखित Ge और SiGe त्रि-आयामी एपिटॉक्सी". Surface Science Reports. 68 (3–4): 390–417. doi:10.1016/j.surfrep.2013.10.002.

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