Оптическая эмиссионная спектроскопия силансодержащих потоков газа, активированных электронно-пучковой плазмой

Баранов, Евгений Александрович

Оптическая эмиссионная спектроскопия силансодержащих потоков газа, активированных электронно-пучковой плазмой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Баранов, Евгений Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптическая эмиссионная спектроскопия силансодержащих потоков газа, активированных электронно-пучковой плазмой»

Автореферат диссертации на тему "Оптическая эмиссионная спектроскопия силансодержащих потоков газа, активированных электронно-пучковой плазмой"

БАРАНОВ Евгений Александрович

ОПТИЧЕСКАЯ ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СИЛАНСОДЕРЖАЩИХ ПОТОКОВ ГАЗА, АКТИВИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ПЛАЗМОЙ

01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 б ден 2010

Новосибирск-2010

004617482

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, с.н.с. Шарафутдинов Равель Газизович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Аньшаков Анатолий Степанович.

доктор физико-математических наук, доцент Гайслер Владимир Анатольевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, г. Новосибирск.

Защита состоится « 23 » декабря 2010 г. в 9 ч. 30 м. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 003.053.01 при Институте теплофизики им. С.С Кутателадзе СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 1, конф.-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН.

Автореферат разослан « 49 » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д. ф.-м. н.

В.В. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пучок электронов, взаимодействуя с атомами и молекулами газа, проводит к процессам ионизации, диссоциации и возбуждения частиц газа, образуя электронно-пучковую плазму. Изучение параметров такой плазмы в сверхзвуковых струях является важным как с научной точки зрения, так и для практического использования. Научный интерес обусловлен тем, что строгое описание взаимодействия электронного пучка со сверхзвуковым потоком молекулярного газа является затрудненным вследствие необходимости учета большого количества процессов в неравновесной электронно-пучковой плазме: возбуждения внутренних степеней свободы, ионизации и диссоциации. Последующее расширение газа в сверхзвуковой струе с протеканием релаксационных процессов (энергообмен между внутренними степенями свободы и поступательным движением, излучение, плазмохимические реакции) дополнительно усложняют анализ параметров электронно-пучковой плазмы, поэтому использование традиционных методов исследования, применяемых для диагностики сверхзвуковых разреженных потоков газа, наталкивается на ряд проблем.

Прикладная направленность связана с развитием вакуумных струйных технологий в применении к осаждению тонких пленок, в частности тонких пленок кремния для солнечной энергетики. Тонкопленочные солнечные элементы (СЭ) на аморфном кремнии являются одним из наиболее вероятных кандидатов на широкомасштабное производство СЭ. Сдерживающим фактором развития производства СЭ является высокая их стоимость, обусловленная, в конечном итоге, низкой производительностью линий по получению СЭ, поскольку основным на этих линиях является метод осаждение пленок из тлеющего разряда. Метод, основанный на активации потоков газа с помощью электронно-пучковой плазмы, обеспечивает резкое (в десятки раз) увеличение скоростей осаждения пленок на больших площадях подложек при хорошем качестве слоев.

Сказанное выше определяет актуальность экспериментального исследования воздействия электронно-пучковой плазмы на сверхзвуковую струю газа.

Цели работы:

- исследовать потоки плазмы низкого давления с помощью оптической электронно-пучковой диагностики;

- исследовать механизмы излучения электронно-пучковой силано-вой плазмы;

- найти взаимосвязь излучения электронно-пучковой плазмы со скоростью осаждения пленок кремния.

Научная новизна:

- Экспериментально показано, что оптическая электронно-пучковая диагностика может быть использована для диагностики потоков плазмы низкого давления.

- Впервые зарегистрировано, что воздействие электронного пучка на сверхзвуковой поток может существенно изменить распределение плотности и температуры газа в дальнем поле течения.

- Впервые показано, что в электронно-пучковой силановой плазме излучение радикала БМ, возникает в результате диссоциативного возбуждения молекулы

- Впервые зарегистрировано излучение иона кремния с длинами волн 412.807 нм и 413.089 нм в плазме, используемой для осаждения пленок кремния газофазными методами.

- Впервые экспериментально показано, что скорость осаждения пленок кремния может контролироваться по оптическому излучению силановой электронно-пучковой плазмы.

- Впервые показано, что скорость осаждения пленок кремния в значительной степени определяется изменением структуры потока газа, связанной с формированием ударных волн в реакторе.

Практическая значимость:

- Полученные данные о воздействии электронного пучка на распределение газодинамических параметров в сверхзвуковой струе могут быть использованы при разработке электронно-пучковых технологий.

- Полученные данные о параметрах плазмы, влияющих на скорости осаждения пленок кремния, могут быть использованы для решения актуальной научно-технологической проблемы контроля параметров пленки в процессе осаждения.

На защиту выносятся:

- методика измерения температуры и плотности газа с помощью оптической электронно-пучковой диагностики для потоков плазмы низкого давления;

- результаты исследования воздействия электронно-пучковой плазмы на газодинамику течения сверхзвуковой струи;

- механизм излучения радикала БМ при возбуждении моносилана в электронно-пучковой плазме;

- экспериментальные данные по связи оптического излучения си-лановой электронно-пучковой плазмы со скоростью осаждения пленок кремния.

Достоверность полученных данных:

Достоверность полученных результатов основывается на использовании отработанных на других объектах экспериментальных методик, проведением калибровочных и тестовых измерений, повторяемостью результатов, сопоставлением экспериментальных данных с данными математического моделировании, а также сравнением с данными других авторов.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались на международных и российских конференциях и семинарах: IV международная конференция «Plasma Physics and Plasma Technology», Minsk, (2003); Международная конференция «EuroSun 2004», Fraiburg, Germany, (2004); V международная конференция «Plasma Physics and Plasma Technology», Minsk, Belarus, (2006); XXXIX Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, (2001); VII Всероссийская конференция молодых ученых "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики", Новосибирск, (2002); Материалы Всероссийского симпозиума молодых ученых, студентов и аспирантов «Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы», Петрозаводск, (2005); III Российское совещание по росту кристаллов и пленок кремния и исследованию их физических свойств структурного совершенства «КРЕМНИИ-2006», Красноярск, (2006).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 в реферируемых журналах, 7 в трудах конференций.

Личный вклад соискателя:

Все результаты, приведенные в диссертации, получены автором, включая участие в обсуждении постановки задачи, создание экспериментального стенда, проведение экспериментов, расчет молекулярных спектров, анализ результатов и подготовку публикаций. Подготовка экспериментальной установки и проведение экспериментов выполнялись автором совместно с к.ф.-м.н. С.Я. Хмель, м.н.с. В.Г.Щукин, В.М. Карстен.

Объем и струюура работы:

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав, выводов и списка литературы с приложением. Объем диссертации составляет 91 стр., включая 58 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Обоснована актуальность исследований, проведенных в диссертационной работе, сформулирована цель работы, определена научная и практическая значимость исследований, перечислены положения, выносимые на защиту.

Первая глава это обзор литературы по теме диссертации. Цель главы - показать современное состояние по исследованию и применению электронно-пучковой плазмы в процессах осаждения тонких пленок. Дано описание методов осаждения тонких пленок. Рассмотрены методы диагностики плазмы, и их роль в технологических процессах. В литературном обзоре рассматриваются:

- новый метод газоструйного плазмохимического осаждения в сравнении с другими современными технологиями;

- основные методы диагностики низкотемпературной плазмы, в применение к актуальному вопросу корреляции газовой фазы и свойств пленок;

- работы по корреляции свойств пленок и излучения плазмы из газовой фазы;

Вторая глава посвящена использованию оптической электронно-пучковой диагностики для исследования свободных сверхзвуковых струй, активированных в электронно-пучковой плазме, на примере модельного газа - азота. Были получены данные о вращательной температуре и абсолютной плотности в нейтральных и активированных электронным пучком свободных сверхзвуковых струях азота.

Электронно-пучковая диагностика (ЭПД) по оптическому излучению широко используется для исследований свободных сверхзвуковых струй нейтрального газа. В частности, она применяется для измерения локальной плотности, вращательной, колебательной и поступательной температур газа. Большой вклад в развитие ЭПД был сделан в Институте теплофизики СО РАН группой исследователей под руководством акад. А.К. Реброва [1]. Однако применение этого метода становится затруднительным при повышении температуры газа, а именно, при температурах в несколько тысяч градусов, излучение, возбуждаемое пучком электронов в оптической области, будет «маскироваться» собственным излучением

плазмы. Поэтому, для исследования таких струй, более широкое применение нашла электронно-пучковая диагностика по рентгеновскому излучению.

Пучок электронов, пересекая струю азота, приводит к процессам диссоциации, ионизации и возбуждения с образованием молекул, атомов и ионов в различных состояниях. Одним из процессов является:

Где - основное состояние молекулы азота, В2£и+ - возбужденное состояние иона азота, еь и е5 - первичный и вторичный электроны соответственно. Ион спонтанно переходит в основное состояние с испусканием фотона, то есть реализуется переход В2£и+—>Х2ЕВ+. Система полос, соответствующая этому переходу, называется первой отрицательной системой полос иона азота. По спектру излучения полосы с колебательными квантами 0-0 данного перехода можно найти вращательную температуру состояния В"Еи+ иона азота методом сравнения расчетного и экспериментального спектров, если спектрально разрешены вращательные линии в полосе. При расчете делается предположение, что ион азота в возбужденном состоянии имеет больцмановское распределение по вращательным уровням. При возбуждении молекулы азота прямым электронным ударом, вращательная температура В2£и+ состояния иона различается с вращательной температурой основного состояния азота Х'Х„+ на 12.5 градусов.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - форкамера; 2 -сверхзвуковое сопло; 3 - свободная сверхзвуковая струя; 4, 6 - коллектор электронов; 5 — активирующая электронная пушка; 7 - диагностическая электронная пушка; 8 - оптическая система; 9 - ФЭУ: 10 - усилитель.

Измерение абсолютной плотности осуществлялось по хорошо описанному в литературе методу. Регистрировалась интегральная интенсивность излучения полосы 0-0 перехода В2Е„+—>Х2Хе+ иона азота. Она пропорциональна плотности, току диагностического пучка и коэффициенту, который определяется из тарировки при известной плотности. Необходимо учитывать, что с повышением плотности начинает проявляться влияние столкновений, приводящих к гашению флюоресценции. То есть

к безизлучательным переходам при столкновении возбужденных ионов с нейтральными молекулами.

Эксперименты проводились на газодинамической установке низкой плотности ВС-4 Института теплофизики СО РАН. Использованное в данной работе оборудование схематически показано на рис. 1.

В вакуумный объем через форкамеру и сверхзвуковое сопло подается технически чистый азот. Сопло представляет собой конусообразные сужение и расширение с углами а = 44.20 и Р = 6.53, соответственно. Радиус критического сечения гх= 2 мм был постоянным на всей длине капиллярного сечения Ьх= 1.2 мм, при степени расширения 5а/8х= 10.81. Давление в форкамере, или давление торможения, контролировалось мембранным датчиком давления. При истечении газа из сопла формировалась свободная недорасширенная затопленная сверхзвуковая струя. На расстоянии 10 мм от среза сопла, струю активировалась низкоэнергетич-ным (1-3 кВ) пучком электронов с током до 120 мА. Пучок создавался электронной пушкой с полым катодом. Электронно-пучковая диагностика осуществлялась с помощью высокоэнергетичного (14 кВ) электронного пучка с током порядка 10 мА, который контролировался коллектором. Пучок создавался электронной пушкой с термокатодом. Оптическое излучение, возбужденное диагностическим пучком, собиралось линзой на входную щель монохроматор, и после разложения в спектр регистрировалось фотоумножителем с последующей записью на компьютере. Построение спектра и его обработка производилась с помощью стандартного интерфейса.

Рис. 2. Спектр излучения полосы 0-0 перехода B2Su+->X2Xg+ иона азота.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z, мм

Рис. 3. Осевое распределение вращательной температуры для нейтральной и активированной струи для давления торможения 54 Topp, -а- нейтральная струя; -и- активированная струя.

На рис. 2 представлены экспериментальные спектры излучения полосы 0-0 перехода В2£и+-»Х2£„+ иона азота. Спектр 1 это излучение диагно-

стического пучка в активированном газе, то есть спектр зарегистрирован в условиях когда, включены и активирующая и диагностические пушки. Спектр 2 это собственное излучение активированного потока в данной точке, включена только активирующая пушка. Спектр 3 был получен в результате вычитания собственного свечения плазмы из спектра излучения диагностического пучка в активированном газе. Понятно, что вычисление вращательной температуры в активированной струе проводилось по спектру 3. Адекватность методики измерения вращательной температуры в неактивированном газе, проверялась сравнением с расчетными данными.

При определении плотности в активированном потоке, из сигнала диагностического пучка в активированной струе вычитался сигнал соответствующий собственному свечению плазмы.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-40 -30 -20 -10

Рис. 4. Осевой профиль плотности для нейтральной и активированной струи для давления торможения 54 Topp. □ - нейтральная струя; ■ -активированная струя.

Рис. 5. Поперечный профиль плотности для нейтральной и активированной струи, а также расчета, для давления торможения 54 Topp. □ -нейтральная струя; ■-активированная струя: - расчет (П.А. Сковородко).

На рис. 3 представлено осевое распределение вращательной температуры для нейтральной и активированной струи для давления торможения 54 Topp. Как видно из рисунка, в активированной струе, на малых расстояниях, вращательная температура примерно на 20 градусов больше, чем в нейтральной. При увеличении расстояния температура активированного потока падает быстрее. Это объясняется тем, что активирующий пучок нагревает газ локально, не во всем сечении плоскости активации. Поэтому холодные молекулы с периферии струи проникают в область оси и дополнительно охлаждают газ.

На рис. 4 представлен осевой профиль плотности для нейтральной и активированной струи. Наблюдается падение плотности при активации. Это происходит в результате нагрева, за счет которого молекулы, приоб-

ретают большую скорость и начинают сильнее разлетаться с оси струи. Соответственно, с увеличением расстояния эффект увеличивается.

Как можно увидеть из рис. 5, где приведен поперечный профиль плотности нейтральной и активированной струи, падение плотности на оси приводит к её незначительному возрастанию в крыльях струи. Расход газа в нейтральном потоке и в активированном был одинаковым, поэтому уменьшение плотности на оси, должно было привести к увеличению плотности в крыльях. Разница в величинах уменьшения и увеличения плотности обусловлена соотношением площадей сечений центра струи и периферии. На графике приведен расчетные данные для нейтральной струи, предоставленные П.А. Сковородко. Расходимость расчетной кривой на крыльях возникла из-за того, что в расчете ставились граничные условия, которые некорректно учитывали влияние фонового газа.

Проведенные измерения позволили зарегистрировать влияние активации электронным пучком на параметры струи. Как и ожидалось, вращательная температура в активированной струе по сравнению с нейтральной повышается, а плотность на оси падает.

Кроме того, показано, что оптическую электронно-пучковую диагностику можно использовать для исследования и контроля потоков плазмы низкого давления.

В третьей главе мы исследовали свободные струи чистого моноси-лана и смеси моносилана с гелием, активированных электронным пучком перпендикулярно оси струи. В качестве диагностики использована оптическая эмиссионная спектроскопия. Цель данной главы, измерение вращательной температуры состояния АгД молекулы БМ в электронно-пучковой плазме, методом сравнения экспериментального и расчетного электронно-колебательно-вращательного спектра молекулы 51Н полосы 0-0 перехода А2Д->Х2П.

Силановая плазма находит широкое применение для осаждения пленок кремния. Для диагностики такой плазмы часто используется оптическая эмиссионная спектроскопия. Это бесконтактный, невозмущающий и относительно простой метод, который позволяет получать информацию об излучающих компонентах плазмы. Радикал БШ в состоянии А2Д является основным излучающим молекулярным кремнийсодержащим компонентом в силановой плазме. По спектру его излучения, а именно с использованием полос перехода можно получить информацию о вращательной температуре, которая является важной характеристикой излучающих компонентов плазмы. Оптимальным методом определения температуры является сравнение экспериментального и расчетного эмиссионных спектров.

Эксперименты проводились на газодинамической установке низкой плотности «Вакуумир» Института теплофизики СО РАН, схема которой приведена на рис.6. Источником газа служило осесимметричное звуковое сопло диаметром с1о= 7.5 мм. Расход газа С через сопло контролировался расходомер-регуляторами. В качестве рабочего газа использовались как чистый моносилан, так и смесь моносилана с гелием.

Установка оснащена плазменной электронной пушкой с системой дифференциальной откачки. Электронный пучок с энергией 2-^5 кэВ и током до 100 мА пересекает струю газа под прямым углом. Диаметр пучка электронов в сфокусированном состоянии составляет З-т-4 мм. Оптическое излучение, возбужденное пучком электронов, собиралось линзой на входную щель монохроматора и после разложения в спектр регистрировалось фотоэлектронным умножителем. Спектральное разрешение составляло 0.03ч-0.08 нм/мм в зависимости от величины регистрируемого сигнала. В эксперименте регистрировалось излучение, возбуждаемое пучком электронов, в диапазоне длин волн ^=410+420 нм. Измерения проводились на оси струи.

Численное моделирование спектров осуществлялась с помощью набора стандартных формул, однако специфика объекта требовала некоторых уточнений. Молекула обладает сложным спектром, состоящим из 12 перекрывающихся ветвей без учета А-расщепления. Предполагалось, что распределение молекул по вращательным уровням состояния А~Д - больцмановское. Экспериментально полученная аппаратная функция была треугольной. Подгонка расчетного и экспериментального спектров осуществлялась методом наименьших квадратов, где вращательная температура использовалась как параметр при подгонке.

В данной работе, для сравнения были взяты линии принадлежащие ветвям О,, Я, и Я?, длины волн которых находятся в диапазоне 410415 нм.

Как показывает сравнение с литературными данными, как расчётными, так и экспериментальными, эта методика расчёта спектра и нахожде-

Рис. 6. Схема экспериментальной установки: I - форкамера 2 -сопло; 3 - струя; 4 - вакуумная камера; 5 - электронная пушка с плазменным катодом; 6 - монохроматор; 7-ФЭУ.

ния вращательной температуры корректна, и позволяет адекватно её измерять. Небольшие отклонения являются исключением и могут быть учтены в каждом конкретном случае.

<и н

X £

т»р = 2050 к

Рис. 7. Спектр свечения полосы 00 перехода А2Л-»ХгП молекулы БШ: а) - экспериментальный, при активации струи газа ЗШ4 электронным пучком, в = 0.5 л/мин, х = 7 мм, Е = 5 кэВ, I = 100 мА, с! = 7.5 мм; б) - расчётный для Т,„,= 2050 К и а = 0.06 нм.

На рис.7а представлен спектр свечения чистого 55Н4 в свободной струе. Расход равнялся 0.5 л/мин, расстояние от среза сопла 7 мм. Разрешение составило а = 0.06 нм. Найденная вращательная температура оказалась равной 2040+50 К. На рис.76 представлен спектр, рассчитанный для этой температуры. Расхождение в спектрах для длин волн больших чем 415 нм обусловлено наличием излучения полосы (1-1) перехода А2Д-»Х2П в экспериментальных спектрах. Согласие между спектрами в пределах 410-415 нм хорошее. Из сравнения экспериментального и расчётного спектров были выявлены некоторые особенности. Расшифровка экспериментального спектра показала, что эмиссии с длинами волн 412.807 нм и 413.089 нм - это линии иона кремния БГ, отвечающие переходам 4ГТ0—>3с120 (5/2—>3/2) и (5/2—>7/2) соответственно. Данные эмиссии отсутствовали в спектрах свечения чистого моносилана и его смесей в микроволновом и тлеющем разрядах. В работах, в которых моносилан и его смеси активировались электронным пучком, также не наблюдались эти линии, хотя были зафиксированы другие линии иона с длинами волн 385.37, 385.60, 386.26, 634.71, 637.14 нм. По-видимому, зарегистрированные в данной работе линии иона кремния обусловлены наличием большого количества высокоэнергетичных электронов в электронно-пучковой плазме, а также большей плотностью газа в зоне активации. Это предположение подтверждается тем, что они наблюдались как в смеси моносилан-гелий, так и в чистом моносилане.

Эмиссия с длиной волны 410.173 нм это водородная линия Н5 (6с120->2р2Р ) из серии Бальмера,

Найденные значения вращательной температуры согласуются с результатами, полученными в тлеющем разряде чистого моносилана и газовой смеси моносилана с водородом [2]. Это свидетельствует о том, что излучение возникает в результате диссоциативного возбуждения молекулы моносилана электронным ударом по следующей схеме:

8Щ4 + е" -» БШ/ ...

БМ*

I ЫН

Молекула моносилана активируется высокоэнергетичным электроном, образуя молекулу в возбужденном метастабильном состоянии. Далее, одним из каналов является безизлучательный распад метастабильно-го 31Н4 на в возбужденном состоянии А2Д и различные фрагменты. Затем БШ переходит в основное состояние с излучение фотона соответствующей длины волны.

Кроме того в работе были использованы спектры смеси моносилана с гелием. Полученная из этих данных температура подтвердила предположение о диссоциативного возбуждения молекулы моносилана электронным ударом.

При увеличении расхода газа-носителя гелия (а соответственно уменьшении концентрации моносилана), измеренная вращательная температура уменьшилась с 2170 К до 1790 К. По-видимому, это является следствием двух процессов. Первое, столкновительный энергообмен молекулы БШ в возбуждённом состоянии с атомами газа-носителя. Второе, концентрация атомов гелия в смеси, достигло достаточного уровня, чтобы вносить существенный вклад в процесс диссоциативного возбуждения моносилана метастаб ильным и атомами гелия. Но температура, полученная при данном способе активации, несколько меньше, чем при прямом электронном ударе [3].

Реализована методика для нахождения вращательной температуры состояния А2Д молекулы БИ путём сравнением экспериментального и расчётного спектра полосы 0-0 перехода А2Д-»Х2П. Измеренная вращательная температура состояния А2Д молекулы БШ в свободной струе чистого моносилана и смеси Не+31Н4, активированных электронным пучком, оказалась в пределах 1700-2300 К. Это согласуется с данными других исследований и подтверждает, что излучение молекулы БШ возникает в результате диссоциативного возбуждения Б1Н4 электронным ударом. В спектрах свечения чистого моносилана и моносилана с гелием,

впервые зарегистрировано излучение иона кремния с длинами волн 412.807 нм и 413.089 нм. По-видимому, оно обусловлено наличием большого количества высокоэнергетичных активирующих электронов в электронно-пучковой плазме.

В четвертой главе мы переходим к исследованию электронно-пучковой плазмы в процессе осаждения тонких пленок кремния, с помощью оптической эмиссионной спектроскопии.

Известно достаточно много способов осаждения пленок гидрогени-зированного аморфного кремния. Наиболее широко для процесса осаждения применяют метод плазмохимического осаждения из газовой фазы, где используется газоразрядная плазма для разложения реакционного газа на активные радикалы.

В лаборатории молекулярной кинетики института теплофизики, под руководством д.ф.-м.н. Шарафутдинова Р.Г., был разработан метод газоструйного плазмохимического осаждения слоев кремния [4]. В вакуумную камеру через сопло истекает рабочий силансодержащий газ, формируя сверхзвуковую струю. Струю пересекает пучок электронов, создавая электронно-пучковую плазму, в которой происходят процессы активации с образованием радикалов, атомов, молекул и ионов. В результате, на подложке осаждается тонкая пленка кремния.

Понимание происходящих в плазме процессов и оптимизация параметров плазмы с целью улучшения характеристик тонких пленок кремния и увеличения скоростей осаждения, а также контроль данных параметров в процессе осаждения, является актуальной задачей. И несмотря на существование целого ряда методов измерения параметров плазмы, практически могут применяться только бесконтактные методы измерения, такие как оптическая эмиссионная спектроскопия.

Рис. 8- Схема экспериментальной установки: 1 - электронная пушка с плазменным катодом; 2 - вакуумная камера, 3 - сопловой блок; 4 - плоскопараллельные пластины (реактор); 5 — оптическая система; 6 - монохрома-тор; 7 - ФЭУ; 8 - усилитель; 9 - «KAM AK».

Эксперименты проводились на газодинамической установке «Вакуу-мир» Института теплофизики СО РАН. Схема эксперимента представлена на рис. 8. Рабочий газ истекает через систему кольцевых сопел в вакуумную камеру, формируя сверхзвуковую струю низкой плотности. Установка оснащена плазменной электронной пушкой с системой дифференциальной откачки. Электронный пучок с энергией 600 эВ и током до 500 мА активирует газ вдоль оси струи. Излучение, возбужденное пучком электронов, на оси струи на расстоянии 0.08 и 0.15 м от среза сопла собиралось линзой на входную щель монохроматора и после разложения в спектр регистрировалось фотоумножителем. В качестве рабочего газа использовалась смесь моносилана с аргоном и гелием. Кроме того, эксперименты проводились как в свободной струе, так и с ректором, который представлял собой две плоско-параллельные пластины.

Были записаны обзорные спектры в свободной струе на расстоянии 150 мм от среза сопла, для смеси Ar+Не и Ar+He+SiH4. Проведена расшифровка спектров по известным спектральным таблицам. В спектрах смеси Ar+Не были обнаружены следующие излучающие компоненты: Аг, Аг+, Не, а в смеси Ar+He+SiH4: Ar, Ar+, Не, Si, Si+, SiH (0-0), SiH (1-1), Hg, Ну, Hp, Нн. Кроме того, на спектре присутствовали неинтерпретирован-ные эмиссии большой интенсивности, на длинах волн 500-510 нм.

Для расстояния 150 мм от среза сопла, по спектру радикала SiH полосы (0-0), была найдена вращательная температура состояния А"Д. Найденная температура составила 2000 К. Мы можем сделать вывод, опираясь на главу 3, что излучение на таком расстоянии от сопла, происходит в результате диссоциативного возбуждения молекулы моносилана. Но в данном случае, диссоциативное возбуждение возможно не только электронным ударом, но также путем взаимодействия моносилана с метаста-бильными атомами аргона и гелия. Возможность такого возбуждения показана в статьях [3, 5]. Мы можем сделать только вывод, опираясь на полученную высокую вращательную температуру в 2000 К (в работах [3, 5] для метастабилей аргона и гелия, 1600 К и 1700 К, соответственно), что основной вклад в возбуждение вносят высокоэнергетичные вторичные электроны.

Рис. 9. Фотография активированной струи в процессе осаждения пленок кремния: G(Ar) = 12 л/мин; G(SiH4) = 0.2 л/мин; 1,™= 150 мА; и,„,«,= 600 эВ.

На рис. 9 показана фотография электронно-пучковой плазмы в реакторе, в процессе осаждения пленок. Визуально можно наблюдать, струя газа входит в зазор реактора, образуя присоединенную ударную волну. В общем случае, можно наблюдать формирования резко градиентных скачков уплотнений. В результате чего, визуально на подложке с осажденной пленкой кремния, видна неравномерная структура по толщине. Раманов-ская диагностика показала аморфную структуру осажденного на подложке кремния.

Б' °.s

мм

Рис. 10. Осевое распределение скорости роста пленки кремния на подложке; ■-(}(Аг) = 4 л/мин; о-в(Аг) = 8 л/мин; •-0(Аг)= 12л/мин; 1-расчетная скорость для С(Аг) = 4 л/мин; 2-(Аг) = 8 л/мин; З-О(Аг) = 12 л/мин.

С(Аг), д/мин

Рис. 11. Корреляция скорости роста пленки кремния и интенсивности эмиссии БШ; а) скорость роста; б) интенсивность излучения

Было проведено измерение осевого распределения толщины пленки кремния, по положению пиков из спектров отражения. Вообще, толщина не очень удобный параметр для сравнения, поэтому на рис. 10 приведен график скорости осаждения для расхода газа-разбавителя Аг при 4, 8 и 12 л/мин. Параметры активации (1пуЧка= 150 мА; ипуЧка= 600 эВ) и расход моносилана (GsiH4= 0.2 л/мин) во всех трех экспериментах были одинаковыми. Значения скорости осаждения уменьшаются с начала подложки, проходят минимум и начинают рост. При этом, абсолютные значения скорости увеличиваются с уменьшением расхода Аг. Похожую картину мы наблюдаем на расчетных графиках скорости роста (предоставлены П.А. Сковородко), в которых предполагалось, что все молекулы моносилана активированы и локальный рост пленки определялся только их потоком на поверхность подложки. Хорошее согласие между тенденциями изменения кривых в эксперименте и расчете, показывает, что скорость осаждения пленок кремния, отражает изменение структуры потока газа, связанной с формированием ударных волн в реакторе. Чем выше локальная плотность активных частиц у поверхности подложки, тем выше локальная скорость роста пленки.

Получается, что в реальной плазме, рождение активных частиц (радикалов) происходит в начальной области струи, где высокая плотность газа и высокоэнергетичный электронный пучок. Затем эти частицы потоком газа переносятся к подложке, где участвуют в осаждении пленки. Иначе, если бы частицы активные частицы образовывались близко к поверхности подложки, то скорость роста отслеживала не просто концентрацию моносилана, а концентрацию активных частиц.

Используя данный вариант образования частиц, из которых растет пленка, попробуем связать параметры излучения силановых компонент плазмы и скорость осаждения пленки кремния.

С одной стороны, нормируем экспериментальную скорость роста на расчетную для точки 45 мм. Таким образом мы избавимся от влияния структуры струи газа на поток активных частиц на поверхность. На рис. 11а мы видим график зависимости нормированной скорости от расхода аргона. Скорость растет с увеличением расхода. Это более логичное поведение, поскольку именно такую картину, можно наблюдать при активации струи электронным пучком, пересекающим ее под прямым углом.

С другой стороны, возьмем интенсивность полосы БЩ с длинной волны 414 нм, в точке 80 мм от среза сопла на оси струи. Точка измерения интенсивности находится над точкой измерения скорости роста. Нормируем интенсивность на концентрацию моносилана в точке измерения. Для различных расходов газа-разбавителя аргона, на рис. 116 представлен график, на котором видно возрастание интенсивности с увеличением расхода.

На рис. 11 можно видеть одинаковый характер поведения кривых для скорости осаждения и интенсивности в зависимости от расхода аргона. Значит, по поведению интенсивности эмиссии 414 нм, можно судить о изменении скорости роста пленки кремния на подложке, непосредственно меняя расход газа. Это дает нам возможность создания оптического диагностического комплекса для технической реализации контроля процесса осаждения пленок кремния, в частности, для газоструйного плаз-мохимического метода.

Основные результаты работы

1. Показано, что оптическая электронно-пучковая диагностика может быть использована для исследования и контроля потоков плазмы низкого давления. Таким образом, были измерены вращательная температура и плотность в струе азота, активированной электронно-пучковой плазмой.

2. Экспериментально обнаружен эффект воздействия электронно-пучковой плазмы на распределение газодинамических параметров в сверхзвуковых струях азота. При этом на оси струи вращательная температура возрастает, а плотность газа падает.

3. Методом сравнения экспериментального и расчетного спектров измерена вращательная температура состояния А2Д радикала SiH. Значения температуры и анализ возможных химических реакций, показывают, что в электронно-пучковой силановой плазме излучение радикала SiH, возникает в результате диссоциативного возбуждения молекулы SiH4.

4. Зарегистрировано излучение иона кремния с длинами волн 412.807 нм и 413.089 нм в плазме, используемой для осаждения пленок кремния газофазными методами.

5. Показано, что излучение радикала SiH может быть использовано в газоструйном плазмохимическом методе для мониторинга скорости осаждения пленок кремния. Что обосновывает, создание оптического диагностического комплекса для контроля процесса осаждения пленок кремния.

Цитируемая литература:

1. А.Е.Беликов, Н.В. Карелов, А.К. Ребров, Р.Г. Шарафутдинов. Измерение с помощью пучка электронов. Роль вторичных процессов при возбуждении B2SU+ состояния иона азота. Диагностика потоков разреженного газа. Новосибирск. 1979. стр. 7-64.

2. Petrin J., Delafosse Е. Emission spectroscopy of SiH in silane glow-discharge. J. Phys. D. Appl. Phys. 1980. Vol. 13. P. 759-765.

3. M.Tsuji et. al. Dissociative excitation of SiH4 by collisions with helium active species. Chem. Phys. Lett. 1989. Vol. 158. P. 470.

4. R.G. Sharafutdinov et. al. Gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method for solar cell application. Solar Energy Materials & Solar Cells. 2005. Vol. 89. P. 99-111.

5. M.Tsuji et. al. Dissociative excitation of S\H4 by collisions with me-tastable argon atoms. Chem. Phys. Lett. 1989. Vol. 155. P. 481.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Е.А. Баранов, С.Я. Хмель. Моделирование спектра излучения молекулы SiH (А2Д-»Х2П) и измерение вращательной температуры состояния А2Д в электронно-пучковой плазме. ПМТФ. 2003. № 5. стр. 1-5.

2. R.G. Sharafutdinov, S.Ya. Khmel, V.G. Shchukin, M.V. Ponomarev, E.A. Baranov, A.V. Volkov, O.I. Semenova, L.I. Fedina, P.P. Dobrovolsky, B.A. Kolesov. Gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition

method for solar cell application. Solar Energy Materials & Solar Cells. 2005. Vol. 89. P. 99-111.

3. E.A. Baranov, S.Ya. Khmel, R.G. Sharafutdinov, P.A. Skovorodko. Electron beam diagnostics of free supersonic jets of nitrogen, activated by electron beam plasma. Contributed papers of IV International Conference on Plasma Physics and Plasma Technology. Minsk. Belarus. 15-19 September 2003. Vol. 1. P. 352-355.

4. Shchukin V.G., Sharafutdinov R.G., Baranov E.A., Ponomarev M.V., Konstantinov V.O., SemenovaO.I. Gas-jet electron beam plasma CVD method for solar-grade silicon manufacture. Contributed papers of V International Conference on Plasma Physics and Plasma Technology. Minsk. Belarus. 18-22 September 2006. Vol. 2. P. 804-807.

5. R. Sharafutdinov, S. Khmel, V. Shchukin, M. Ponomarev, E. Baranov, A. Volkov, O. Semenova, L. Fedina, P. Dobrovolsky, B. Kolesov. The gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method for solar cell application. Proceeding of the EuroSun2004 (Workshop 1: Photovoltaic, H2 and Thermic Energy - New Developments in Russia and Other CIS Countries). Fraiburg. Germany. 20-24 June 2004. P. 8-15.

6. E.A. Баранов, С.Я. Хмель. Оптическая эмиссионная спектроскопия свободных струй смесей (Ar+Не) и (Ar+He+SiH4), активированных электронно-пучковой плазмой. Материалы Всероссийского симпозиума молодых ученых, студентов и аспирантов "Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы". Петрозаводск. 5-11 сентября 2005.

7. Шарафутдинов Р.Г., Щукин В.Г., Баранов Е.А., Константинов В.О. Источник электронов для струйных плазмохимических технологий получения кремния для солнечной энергетики. Материалы всероссийской конференции "Физика низкотемпературной плазмы-2007". Петрозаводск. 24-28 июня 2007.

8. Шарафутдинов Р.Г., Семенова О.И., Щукин В.Г., Баранов Е.А., Пономарев М.В., Константинов В.О. Плазменная технология получения кремния для солнечной энергетики. III Российское совещание по росту кристаллов и пленок кремния и исследованию их физических свойств структурного совершенства "КРЕМНИЙ-2006". Красноярск. 4-6 июля 2006. стр. 124.

9. Е.А. Баранов. Моделирование электронно-колебательно-вращательного спектра молекулы полосы 0-0 перехода (А2Д-»Х2П) молекулы SiH и измерение вращательной температуры состояния А2Д молекулы SiH в электронно-пучковой плазме. VII Всероссийская конференция молодых ученых "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" Новосибирск, 2002.

Подписано к печати 09.11.2010 г. Заказ № 34 Формат 60x84/16. Объем 2 уч.-изд. л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики мм. С.С. Кутателадзе СО РАН 630090, Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 1

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Баранов, Евгений Александрович

Введение.

Актуальность работы.

Цели работы.

Научная новизна.

Практическая значимость.

Защищаемые положения.

Достоверность полученных результатов.

Апробация работы.

Личный вклад соискателя.

Объем и структура работы.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Электронно-пучковая плазма.

1.2 Метод осаждения пленок кремния из газовой фазы.

1.2.1 Метод газоструйного плазмохимического осаждения.

1.3 Диагностика плазмы используемой для осаждения пленок кремния.

1.4 Корреляции свойств пленок и излучения плазмы из газовой фазы.

Глава 2. Влияние электронно-пучковой плазмы на газодинамические параметры свободных струй.

2.1 Методика измерений.

2.2 Расчет спектра и определение вращательной температуры.

2.3 Формулы для определения плотности.

2.4 Экспериментальная установка.

2.5 Методика эксперимента по измерению вращательной температуры.

2.6 Методика эксперимента по измерению плотности.

2.7 Анализ результатов и дискуссия.

Введение диссертация по физике, на тему "Оптическая эмиссионная спектроскопия силансодержащих потоков газа, активированных электронно-пучковой плазмой"

Актуальность работы

Пучок электронов, взаимодействуя с атомами и молекулами газа, проводит к процессам ионизации, диссоциации и возбуждения частиц газа, образуя электронно-пучковую плазму. Изучение параметров такой плазмы в сверхзвуковых струях является важным как с научной точки зрения, так и для практического использования. Научный интерес обусловлен тем, что строгое описание взаимодействия электронного пучка со сверхзвуковым потоком молекулярного газа является затрудненным вследствие необходимости учета большого количества процессов в неравновесной электронно-пучковой плазме: возбуждения внутренних степеней свободы, ионизации и диссоциации. Последующее расширение газа в сверхзвуковой струе с протеканием релаксационных процессов (энергообмен между внутренними степенями свободы и поступательным движением, излучение, плазмохимические реакции) дополнительно усложняют анализ параметров электронно-пучковой плазмы, поэтому использование традиционных методов исследования, применяемых для диагностики сверхзвуковых разреженных потоков газа, наталкивается на ряд проблем.

Цели работы

- исследовать потоки плазмы низкого давления с помощью оптической электронно-пучковой диагностики;

-исследовать механизмы излучения электронно-пучковой силановой плазмы; -найти взаимосвязь излучения электронно-пучковой плазмы со скоростью осаждения пленок кремния.

Научная новизна

- Впервые показано, что в электронно-пучковой силановой плазме излучение радикала БШ, возникает в результате диссоциативного возбуждения молекулы ЗШЦ.

Практическая значимость

Защищаемые положения

- механизм излучения радикала ЭШ при возбуждении моносилана в электронно-пучковой плазме;

- экспериментальные данные по связи оптического излучения силановой электронно-пучковой плазмы со скоростью осаждения пленок кремния.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов основывается "на использо-вании отработанных на других объектах экспериментальных методик, проведением калибровочных и тестовых измерений, повторяемостью результатов, сопоставлением экспериментальных данных с данными математического моделировании, а также сравнением с данными других авторов.

Апробация работы

По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 в реферируемых журналах, 7 в трудах конференций.

Личный вклад соискателя

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

4.3 Выводы

1. Скорость осаждения пленок кремния в прямоугольном канале, отражает изменение газодинамической структуры, связанное с формированием ударных волн.

2. Обнаружена качественная корреляция между интенсивностью излучения радикала БШ нормированной на плотность моносилана и относительной скоростью осаждения пленок кремния.

Заключение

В заключении сформулируем основные результаты работы:

1. 1. Показано, что оптическая электронно-пучковая диагностика может быть использована для исследования и контроля потоков плазмы низкого давления. Таким образом были измерены вращательная температура и плотность в струе азота, активированной электронно-пучковой плазмой.

3. Методом сравнения экспериментального и расчетного спектров измерена вращательная температура состояния А2Л радикала БШ. Значения температуры и анализ возможных химических реакций, показывают, что в электронно-пучковой силановой плазме излучение радикала ЭШ, возникает в результате диссоциативного возбуждения молекулы БШф

5. Показано, что излучение радикала БЩ может быть использовано в газоструйном плазмохимическом методе для мониторинга скорости осаждения пленок кремния. Что обосновывает, создание оптического диагностического комплекса для контроля процесса осаждения пленок кремния.

Благодарности

Автор выражает благодарность Шарафутдинову Р.Г. под общим руководством которого выполнялась данная работа. Семеновой О.И. за плодотворные дискуссии и полезные замечания. Сковородко П.А. за расчеты газодинамики струй. Карстену В.М. за помощь в решении технических вопросов. Щукину В.Г. за помощь в проведении экспериментов и ценные замечания по обработке результатов. Всем сотрудникам лаборатории (6.5 ИТ СО РАН) принимавшим участие в обсуждении результатов данной работы на лабораторных семинарах. Юшиной И.В. за проведение измерение толщины пленок кремния. Всем сотрудникам лаборатории (4.1 ИТ СО РАН) за моральную поддержку и безвозмездную помощь. Отдельная огромная благодарность Хмель С.Я за непосредственное руководство, терпение и веру в светлое будущее.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Баранов, Евгений Александрович, Новосибирск

1. Ильин Андрей Александрович. Экспериментальное исследование потока электронно-пучковой плазмы в плотном газе : Дис. канд. физ.-мат. наук : 01.02.05 : Москва, 2003 79 с. РГБ ОД, 61:04-1/64-8.

2. Александров И.В., Васильев М.Н., Гаврилов Ю.А. Закономерности взаимодействия электронно-пучковой неравновесной плазмы с целлюлозой // Журн. приклад, химии. 1996. - Т. 69, вып. 12. - С. 2042 - 2047.

3. S.G. Walton, D. Leonhardt, D.D. Blackwell, R.F. Fernsler, D.P. Murphy, R.A. Meger, J. Vac. Sci. Technol., A 19 (2001) 1325.

4. S.G. Walton, D. Leonhardt, R.F. Fernsler, R.A. Meger, Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 626; Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 987.

5. S.G. Walton, D. Leonhardt, D.D. Blackwell, R.F. Fernsler, D.P. Murphy, R.A. Meger, Phys. Rev., E 65 (2002).

6. F.J. Mehr, M.A. Biondi, Phys. Rev. 181 (1969).

7. D.R. Bates, A. Dalgarno, in: D.R. Bates (Ed.), Atomic and Molecular Processes, Academic Press, New York, 1962.

8. H.C. Straub, P. Renault, B.G. Lindsay, K.A. Smith, R.F. Stebbings, Phys. Rev., A 54 (1996).

9. H.C. Straub, P. Renault, B.G. Lindsay, K.A. Smith, R.F. Stebbings, Phys. Rev., A 52 (1995).

10. H. Gunell, R. Schrittwieser, S. Torven. A localised high frequency discharge formed in an electron-beam-produced plasma. Physics Letters, Vol. 241, 1998.

11. Fabio do Prado, M. Virginia Alves, Renato S. Dallaqua, Dmitry Karfidov. Measurements of Beam Relaxation Length in an Electron Beam Plasma Experiment. Brazilian Journal of Physics, Vol. 27, No. 4, 1997.

12. J.S. Tsuo and W. Luft. Alternative deposition processes for hydrogenated amorphous silicon and related alloys. // Appl. physics communications, 10 N 1/2, P. 71-141,1990.

13. J. P. M. Smitt //Thin Solid Films, v. 174, p. 193-202,1989.

14. A.T.M. Welbers, G.J. Meeusen, M. Haverlag, G. M. W. Kroesen and D.C. Schram //Thin Solid Films, v. 204, p. 59-75, 1991.

15. L. Bardos and V. Dusek. Thin Solid Films, v. 158, p. 265-270, 1988, а также L. Bardos, J. Musil, V. Dusek and J. Vyskocil, Czech. Patent 244 982, June 17, 1985.

16. B.L. Halpern, J.J. Schmitt, J. W. Golz, Y. Di and D.L. Johnson. Appl. Surface Science, v. 48/49, p. 19-26,1991 и J.J. Schmitt, Us Patent 4 788 082, 11/29/88.

17. T. Takagi. Ionized cluster beam (ICB) deposition and processes. Pure and Appl. Chem. v. 60, N5, pp. 781-794, 1988.

18. G.J. Collins, L.R. Thompson, J.J. Rocca, P.K. Boyer. Patent US 4.509.451, Apr. 09, 1985. M.Goto, H.Toyoda, M.Kitagawa, T.Hirao, H.Sugai, Jpn.J. Appl.Phys. 34 1997.

19. R.Toshida, S.Sumiya, B.Merarki, M.Ito, M.Hon, T.Goto, S.Samukawa and T.Tsukada, Dry Process Symp. Proc. 1998 73.

20. M.Scheib, B.Schroder, H.Oechsner, J. Non-Cryst. Solids 198/200 1996.

21. U.Kroll, J.Meier, P.Torres, J.Pohl, A.Shar, J.Non-Cryst. Solids 227/230 1998.

22. Y.B. Kanga, H. Jeon, T.Y. Kim, K.H. Chung, D.K. Ко, J.K. Jung, S.J. Noh Properties of the plasma produced by multi-cathode electron beam plasma sources. Thin Solid Films, Vol. 341, 1999.

23. Shinzo Morita, Girish J. Phatak, Yuki Mori. Electron-beam excited plasma etching reactor with polyimide interface film. Thin Solid Films, Vol. 386,2001.

24. Masahito Ban, Makoto Ryoja, Takeshi Hasegawa, Yukitaka Mori, Sadao Fujii, Junzo Fujioka. Diamond-like carbon films deposited by electron beam excited plasma chemical vapor deposition. Diamond and Related Materials, Vol. 11, 2002.

25. Ryuta ICHIKI, Yuusuke KUBOTA, Masashi YOSHIDA, Yuji FUKUDA, Yasuyuki MIZUKAMO, Tamio HARA. Surface Nitriding of Light Metals using Electron-Beam-Excited-Plasma (EBEP) Source. J. Plasma Fusion Res. SERIES, Vol. 8, 2009.

26. N. V. Gavrilov and A. S. Mamaev. Low-Temperature Nitriding of Titanium in Low-Energy Electron Beam Excited Plasma. Technical Physics Letters, Vol. 35, No. 8, 2009.

27. Toshiaka Sasaki, Makoto Ryoji, Yukimi Ichikawa, Masakuni Tohkai Deposition of microcrystalline silicon by electron beam excited plasma Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 49,1997.

28. Y. Ohshita, K. Yamaguchi, H. Motegi, M. Yamaguchi Effect of ions and electrons in electron-beam-excited plasma assisted CVD on nanocrystalline silicon film properties Journal of Crystal Growth, Vol. 237-239, 2002.

29. R.G. Sharafutdinov et. al. Gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method for solar cell application. Solar Energy Ma-terials & Solar Cells. 2005. Vol. 89. P. 99 111.

30. M.A. Алсайед Али ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ЗОНДОВЫМИ МЕТОДАМИ Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РАССИИ» Том 198, 2001.

31. Т. Takagi, R. Hayashi, G. Ganguly, M. Kondo, A. Matsuda. Gas-phase diagnosis and high-rate growth of stable a-Si:H. Thin Solid Films, Vol. 345, 1999.

32. Irving P. Herman. OPTICAL DIAGNOSTICS FOR THIN FILM PROCESSING. Annu. Rev. Phys. Chem., Vol. 54,2003.

33. Roland, J.; Marcoux, P.; Ray, G.; Rnakin, G. Endpoint Detection in Plasma Etching. J. Vac. Sci. Technol. A 1985, 3, 631-636.

34. B.G. Budaguan, A.A. Popov, A.Yu. Sazonov, M.N. Bosyakov, D.I. Grunsky, D.W. Zhuk, (1998) "The application of low frequency glow discharge to high-rate deposition of a-Si:H," J. Non-Cryst. Solids, 227-230: 39-42.

35. Grunskii D.I. Use of optical emission spectroscopy to investigate the process of fabrication of a-Si:H films in a combined silane-containing discharge Journal of Applied Spectroscopy, Vol. 67, № 4,2000.

36. Sakuma, Y; Liu, H; Shirai, H; Moriya, Y; Ueyama, H, Low temperature formation of microcrystalline silicon films using high-density SiH4 microwave plasma, Thin Solid Films, 2001, vol. 386, pp. 261-266.

37. Yang H., Wu Ch.,Mai Ya., Li H., Li Ya., Zhao Yi., Xue J., Chen Yo., Ren H., Geng X. High growth-rate deposition of mc-Si:H thin lifin at low temperature with VHR-PECVD International Journal of Modem Physics B, Vol. 16, Num. 29-29, 2002.

38. Michio Kondo, Susumu Suzuki, Yoshiyuki Nasuno, Masayuki Tanda and Akihisa Matsuda Recent developments in the high growth rate technique of device-grade microcrystalline silicon thin film. Plasma Sources Sci. Technol, Vol. 12, Num. 4,2003.

39. Гоголев A.3. Экспериментальное исследование гиперзвуковой струи разреженного газа: Дипл. работа. Новосибирск, 1969. 76с.

40. Кузнецов Л.И. Высокоэнтальпийные сверхзвуковые струи низкой плотности: Дис.на соиск. учен, степени док. физ.-мат.наук. Новосибирск, 1995. 364с.

41. Экспериментально-теоретическое исследование свойств приповерхностной электронно-пучковой плазмы азота. / В.Л. Бычков, М.Н. Васильев, А.П. Зуев. Теплофизика высоких температур. 1994, т. 32, № 3, с. 323-333.

42. Вращательные переходы при ионизации азота в состоянии N2+ (B22u+, v=0) электронным ударом / А.Е. Беликов, А.И. Седельников, Г.И. Сухинин и др. Препринт: ИТ СО АН СССР, № 149, 1986. 52с.

43. Измерение параметров газового потока с помощью электронного пучка / А.А. Бочкарев, В.А. Косинов, А.К. Ребров и др. Сборник: Экспериментальные методы в динамике разреженных газов. Н.: ИТ СО АН СССР, 1974. 218с.

44. Шарафутдинов Р.Г. Вращательная релаксация газов в свободных струях: Дис.на соиск. учен, степени док. физ.-мат.наук. Новосибирск,!984. 515с.

45. Ярыгин В.Н Газодинамика неравновесных сверхзвуковых струйных течений: Дис.на соиск. учен, степени док. тех. наук. Новосибирск, 1987. 340с.

46. Lawrence М., Ronald К. Emission and laser-induced fluorescence measurements in a supersonic jet of plasma-heated nitrogen. J. Phys. D: Appl. Pliys., 1992, vol. 25, p. 339351.

47. Taniguchi K., Sugimoto M., Masuko Sh. High degree of dissociation of nitrogen molecules in large-volume electron-beam-excited plasma. Jpn. J. Appl. Phys., 2000, vol. 39, No. 10A, p. 999-1001.

48. Tada Sh., Takashima S., Ito M. Measurement and control of absolute nitrogen atom density in an electron-beam-excited plasma using vacuum ultraviolet absorption spectroscopy. J. Of Appl. Phys., 2000, vol. 88, No. 4, p. 1756-1759.

49. Sasaki K., Kokubu H., Hayashi D. Development of a compact nitrogen radical source by helicon-wave discharge employing a permanent magnet. Thin Solid Films, 2001, vol. 386, p. 243-247.

50. Jordan D.C., Burns C.T., Doak R.B. Corona discharge supersonic free-jet for 3-5 nitride growth via A3Eu+ metastable molecules. Thin Solid Films, 2001, vol. 386, p. 243-247.

51. Kovacs I. Rotational structure in the spectra of diatomic molecules. Longon: Adam Hilger, 1969.

52. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: Изд. иностр. литературы, 1954.

53. Вероятности оптических переходов двухатомных молекул. / М.: Наука, 1980. 320с.

54. Константы двухатомных молекул. / К.-П. Хьюбер, Г. Герцберг. М.: Мир, 1984, Ч. 2. 368с.

55. Измерение эффективного сечения гашения возбужденного состояния иона N2+ (B2Eu+, v=0) молекулами азота при температурах 5 300 К / Г.И. Сухинин, Г.А. Храмов, Р.Г. Шарафутдинов. ЖТФ. 1981, т. 51, № 8, с. 1762-1763.

56. Belikov А.Е., Kuznetsov O.V., Sharafutdinov R.G. Electron-beam diagnostics of gas mixtures involved in Si02 film deposition. Plasma Chem. and Plasma Processing, 1995, vol. 15, No. 3, p. 481-499.

57. Газодинамические установки низкой плотности. / А.А. Бочкарев, Е.Г. Великанов, А.К. Ребров и др. Сборник: Экспериментальные методы в динамике разреженных газов. Н.: ИТ СО АН СССР, 1974. 218с.

58. Газодинамика процессов истечения. / В.Г. Дулов, Г.А. Лукьянов. Н.: Наука, 1984. 234с.

59. Perrin J., Delafosse Е. Emission spectroscopy of SiH in silane glow-discharge // J.Phys.D. Appl. Phys. 1980. V. 13. P. 759-765.

60. Stamou S., Spiliopoulos N., Mataras D., Rapakoulias D. About rotational temperature measurements and thermodynamic equilibrium in rf glow discharges // J. High Temp. Material Processes, 1999. V. 3. P. 39-50.

61. Chelouah A., Marode E., Hartmann G., Achat S. A new method for temperature evaluation in a nitrogen discharge // J. Phys. D. Appl. Phys. 1994. V. 27, N 5. P. 940-945.

62. Schmitt J. P. M., Gressier P., Krishnan M., et al. Production mechanism and reactivity of the SiH radical in silane plasma // J. Chem. Phys. 1984. V. 84. P. 281-293.

63. Perrin J., Schmitt J.P.M. Emission cross section from fragments produced by electron impact on silane // J. Chem. Phys. 1982. V. 67. P. 167-176.

64. Tsurubuchi S., Motohashi K., Matsuoka S., Arikawa T. Dissociative excitation of SiH4 by electron impact: emission cross sections for fragment species // J. Chem. Phys. 1992. V. 161, N 3. P.493-500.

65. Meeusen G.J., Ershov-Pavlov E.A., Meulenbroeks R. F. G., et al. Emission spectroscopy on a supersonically expanding argon/silane plasma // J. Appl. Phys. 1992. V. 71, N 9. P. 4156-4163.

66. Fantz U. Spectroscopic diagnostics and modelling of silane microwave plasmas // J. Plasma Phys. Control. Fusion. 1998. V. 40, N 6. P. 1035-1056.

67. Stamou S., Mataras D., Rapakoulias D. Simulation of the SiH (А2Д-»Х2П) emission spectrum in a silane glow discharge and derivation of an improved set of molecular constants // J. Chem. Phys. 1997. V. 218, N 1-2. P. 57-69.

68. Ребров А. К., Чекмарев С. Ф., Шарафутдинов Р. Г. Влияние разреженности на структуру свободной струи азота // ПМТФ. 1971. № 1. С. 136-140.

69. Ко vacs I. Rotational structure in the spectra of diatomic molecules. Longon: Adam Hilger, 1969.

70. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: Изд-во иностр. лит., 1954.

71. Klynning L., Lindgren В., Sassenberg U. On the A type doubling in the ground state of SiH // Phys. Scripta. 1979. V. 20. P. 617-619.

72. Klynning L., Lindgren B. The spectra of silicon hydride and silicon deuteride // Ark. Fysik. 1966. V. 33. P. 73-91.

73. Ram R. S., Engleman R., Bernath P. F. Fourier transform emission spectroscopy of the А2Д-»Х2П transition of SiH and SiD // J. Molec. Spectroscopy. 1998. V. 190. P. 341352.

74. Rochester G. D. Die Banden-Spektren von SiH und SiD // Z. Phys. 1936. Bol. 101. S. 769-784.

75. Стриганов A. P., Свентицкий H. С. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизованных атомов. М.: Атомиздат, 1966.

76. M.Tsuji et. al. Dissociative excitation of SiH4 by collisions with helium active species. Chem. Phys. Lett. 1989. Vol. 158. P. 470.

77. Sato Т., Kono A., Goto T. Level excitation of Si I fragments produced by 100 eV electron impact exitation on SiH4// J. Chem. Phys. 1988. V. 88, N 9. P. 100-105.

78. Ryan Yang and Rongshun Chen Real-Time Plasma Process Condition Sensing and Abnormal Process Detection Sensors 2010.

79. M.Tsuji et. al. Dissociative excitation of SiH4 by collisions with metastable argon atoms. Chem. Phys. Lett. 1989. Vol. 155. P. 481.(k