Thơng thường, các qui trình chế tạo và nghiên cứu các đặc trưng của màng mỏng theo nguyên tắc PVD hay CVD đều gồm bốn hoặc năm bước như minh họa trên hình 2.1. Màng tạo được cĩ thể được ủ nhiệt theo yêu cầu và các tính chất đặc trưng được nghiên cứu và phân tích bằng nhiều phương pháp khác nhau. Tùy thuộc vào kết quả nghiên cứu thu được, các thơng số chế tạo màng sẽ được hiệu chỉnh sao cho màng tạo được đạt được các tính chất tối ưu. Sơ đồ các bước cơ bản của quá trình chế tạo và nghiên cứu màng được minh họa trên hình 2.1 sau đây.
Hình 2.1: Sơ đồ các bước tiến hành tạo màng.
Phân tích
( cấu trúc, hợp phần, tính chất) Ủ nhiệt
Phủ
( trạng thái đế, phản ứng của vật liệu nguồn, năng lượng vào)
Truyền
( chân khơng, chất lưu, plasma)
Nguồn
( rắn, lỏng, hơi, khí)
Vận tốc cung cấp
Tính đồng đều
Cấu trúc và thành phần
Nguồn của vật liệu tạo màng cĩ thể là rắn, lỏng, khí hay hơi trong đĩ nếu vật liệu là rắn thì cần phải làm bay hơi để truyền chúng đến đế bằng nhiệt, bằng năng lượng điện tử, bằng photon hoặc ion dương… Tùy theo nguồn mà chúng ta cĩ nhưng phương pháp phù hợp với nguồn đĩ. Q trình truyền tải vật liệu từ nguồn đến lắng đọng trên đế rất khĩ điều chỉnh và kiểm sốt đối với phương pháp PVD nhưng phương pháp CVD đã khắc phục rất hiệu quả các q trình trên. Trong bước truyền, vấn đề chính là tính đồng đều của vận tốc phủ trên diện tích đế. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính đồng đều cũng rất khác nhau, nĩ phụ thuộc vào mơi trường truyền. Đặc biệt, mơi trường plasma được ưa chuộng hơn do nĩ chứa một lượng lớn năng lượng cĩ thể kích hoạt q trình phủ màng ở nhiệt độ thấp.
Bước phủ màng là bước khá quan trọng trong q trình tạo màng. Tính chất của màng được thiết lập từ nguồn, truyền, và điều kiện trên bề mặt phủ ( trạng thái bề mặt đế, phản ứng của vật liệu đập vào và năng lượng vào). Trạng thái bề mặt đế bao gồm độ gồ ghề, mức độ nhiễm bẩn, dạng liên kết hĩa học với vật liệu đập vào và các thơng số tinh thể học. Các phản ứng tại bề mặt cĩ liên quan đến xác suất phản ứng của phân tử tới với bề mặt và sẽ pha trộn bên trong màng. Xác suất này được biết như là hệ số dính và nĩ cĩ giá trị biến đổi từ 1 đến 10-3. Hệ số này trong quá trình CVD thì nhỏ hơn nhiều so với quá trình phủ màng hơi vật lý (PVD). Năng lượng đập vào bề mặt cĩ nhiều dạng và cĩ ảnh hưởng đến phản ứng của vật liệu vào cũng như thành phần và cấu trúc của màng. Nhiệt độ đế là nguồn năng lượng vào cơ bản, ngồi ra cịn cĩ các ion dương bắn phá làm biến đổi năng lượng trong khoảng rộng. Chúng hiện diện trong hầu hết quá trình plasma ở điều kiện chân khơng cao.
Bước cuối cùng trong q trình phủ màng là phân tích màng. Đo trực tiếp tính chất của màng như tính dẫn điện, độ dày, độ cứng… Bước phân tích cao hơn
là phân tích cấu trúc và thành phần của màng để xác định các đặc tính đặc trưng riêng của màng. Bước này chính là cầu nối để giúp chúng ta hiểu tồn bộ q trình phủ màng và là cơ sở để thay đổi các bước tiến hành nhằm đạt được tính chất màng như mong muốn.
2.1 Q TRÌNH THỰC NGHIỆM
2.1.1. Mục đích
- Tạo màng Si:H thuần từ precursor khí ban đầu là SiH4 và H2, nhờ các
phản ứng pha khí trong q trình tạo màng từ phương pháp PECVD. Mở rộng ra đối với màng pha tạp loại n và loại p.
- Nghiên cứu quá trình hình thành màng từ việc thay đổi tỉ lệ khí pha lỗng giữa Hydro và SiH4. Từ đĩ đưa ra một quy trình phát triển cấu trúc mong muốn của màng cần tạo.
- Dựa trên phổ thực nghiệm như phổ hồng ngoại, raman, UV-Vis … tiến hành làm khớp phổ bằng chương trình chuyên dụng (Origin8, Scout …) theo những phương pháp hình bao, giải chập, giả lập nền … để tính tốn các đại lượng cĩ liên quan đến tính chất quang và cấu trúc của màng chẳng hạn như độ rộng vùng cấm (Eg), độ dày màng (d), nồng độ phần trăm nguyên tử H (CH), phần trăm tinh thể của màng (XC).
- Kiểm chứng đồng thời các kết quả nghiên cứu trên thơng qua q trình khảo sát hình thái học bề mặt của màng bằng những thiết bị như AFM, FESEM.
- Màng Si:H với các cấu trúc khác nhau chế tạo từ phương pháp PECVD cĩ thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác, đặc biệt trong lĩnh vực quang điện, chẳng hạn như pin mặt trời, transistor, sensor…