7. Bố cục của luận án
1.4 Tiết diện va chạm của các electrontrong phóng điện khí
Các gốc và ion được tạo ra bởi sự va chạm của các electron với khí tương tác với bề mặt thông qua một loạt các phản ứng hóa học phức tạp, dẫn đến ăn mòn, lắng đọng hoặc làm sạch. Như vậy dữ liệu va chạm điện tử rất quan trọng tương tự như dữ liệu về phản ứng bề mặt phức tạp và điều khiển các quá trình như vậy [75]. Trong khi sự phát triển sớm của quá trình xử lý plasma đã được thông qua thử nghiệm và sai số, nhu cầu ngày càng tăng để thu nhỏ kích thước và nhu cầu liên quan đến giảm dần mật độ khuyết tật tạo ra nhu cầu tương ứng cho tăng độ kỹ xảo và hiệu quả trong kiểm soát quy trình.
Mô hình quy trình plasma ngay bây giờ trở thành một công cụ kỹ thuật cần thiết trong việc thiết kế thiết bị bán dẫn và trong quá trình điều khiển [30]. Dữ liệu va chạm electron là một phần của cơ sở dữ liệu này, mà nó còn phụ thuộc vào khí cung cấp, bản chất của quá trình xử lý và bề mặt được sử dụng. Điều kiện của phản ứng cũng ảnh hưởng đến các kiểu va chạm cần cho mô hình nghiên cứu, ví dụ trong nhiều kiểu phản ứng plasma sử dụng áp suất plasma thấp cùng với mật độ plasma cao, nghĩa là tần số va chạm giữa các hạt nặng (nguyên tử, phân tử, gốc, ion) giảm nhưng tần số va chạm hạt nặng electron tăng lên [29], [52]. Trong những trường hợp như vậy, nhiều va chạm electron có khả năng dễ xảy ra hơn và khí cung cấp được phân ly cao, trong một số trường hợp vượt quá 90%. Nó sẽ là dữ liệu cần thiết để đưa vào trong mô hình không chỉ là các va chạm của khí với electron mà còn là va chạm cơ bản do phân ly, ngoài ra các quá trình kích thích, phân ly, hoặc ion hóa đóng một vai trò nào đó. Xét trường hợp phân ly năng lượng điện tử trung bình trong plasma có thể thay đổi từ 1 đến vài eV, kích thích trực tiếp của một phân tử từ trạng thái dao động và điện tử cơ bản của nó sang trạng thái phân ly thường đòi hỏi năng lượng electron cao hơn hơn giá trị trung bình và sự phân ly tác động điện tử xảy ra chỉ khi năng lượng của electron va chạm ở cuối của phân phối Maxwell.
Để hiểu rõ về tính định lượng của plasma và sự ion hóa của các phân tử khí, việc tìm hiểu tiết diện va chạm của các electron với các phân tử khí và hệ số chuyển động của các electron trong những phân tử khí cũng như nguyên tử khí khi xảy ra phóng điện là rất cần thiết. Sự tán xạ đàn hồi, kích thích quay, kích thích dao động (rung động), kích thích điện tử, kích thích phân ly, sự ion hóa, phân ly điện tử, sự truyền động lượng, tiết diện tán xạ và tổng tiết diện tán xạ là kết quả có thể đo được khi xét sự va chạm một electron với một phân tử trung hòa. Về nguyên tắc, các tiết diện va chạm của electron với một phân tử khí nhất định là được biết, chúng có thể đo hoặc tính toán lý thuyết được. Trong thực tế, việc đo lường hoặc tính toán chính xác các tiết diện va chạm của electron với các phân tử khí hoặc nguyên tử khí là khó khăn. Do vậy, thông thường chúng ta sẽ sử dụng lý
thuyết tính toán các tiết diện va chạm của electron với các phân tử hay nguyên tử khí riêng rẽ sau đó thực hiện kết hợp lại để có thể tạo lên một bộ tiết diện va chạm của electron với phân tử hay nguyên tử khí đó. Đồng thời, để khẳng định tính đúng đắn của các bộ tiết diện va chạm đó, chúng ta sẽ sử dụng các lý thuyết tính toán về cơ học lượng tử để tính toán được các hệ số chuyển động của các electron trong phóng điện của chất khí cần xét. Trong phạm vi của luận án này, chúng ta xem xét các bộ tiết diện va chạm electron với các phân tử khí và nguyên tử khí nhằm minh chứng tốt chính xác bản chất vật lý của chất khí đó khi xảy ra hiện tượng phóng điện trong chất khí đó. Điều này cũng sẽ được khẳng định thông qua việc tính toán lại các hệ số chuyển động của electron trong các nguyên tử khí đó và có sự so sánh với số liệu thực nghiệm đã công bố.
Căn cứ vào các phân tích ở trên, có thể nhận xét rằng bản chất vật lý của các phân tử khí đang được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như tách một chất ra khỏi bộ bán dẫn bằng cách kết hợp chất đó với chất khí khác để hình thành nên hợp chất dễ bay hơi trong công nghệ hiển thị plasma (PDP), laser, đèn chiếu sáng, máy cắt sử dụng khí (GIS), v.v.. là rất cần thiết và cần được tìm hiểu một cách rõ ràng.
Đồng thời, bộ tiết diện va chạm của các electron đối với các phân tử khí, nguyên tử khí là không thể thiếu không chỉ đối với việc nghiên cứu các dạng của hiện tượng phóng điện plasma mà còn việc tính toán các hiện tượng cơ học lượng tử của các tiết diện va chạm. Hình 1.14 trình bày những ứng dụng về mặt tính toán lý thuyết khi biết được bộ tiết diện va chạm các electron trong các phân tử khí [5, 71].
Khắc axit
O2, SiH4, CF4 Phóng điệnCnF2n+2
Hình 1.14 Ứng dụng của xác định tiết diện va chạm các electron trong các phân tử khí và nguyên tử khí