黑硅形成過程的建模與仿真.pdf

1、黑硅材料的應(yīng)用已經(jīng)變的越來越廣。尤其是其超疏水和低反射率的性質(zhì)可以廣泛用于化學(xué)分析、超大表面積微反應(yīng)器、微流體當(dāng)中的低摩擦超疏水表面以及太陽能電池當(dāng)中。因此，高深寬比、高密度和表面結(jié)構(gòu)可控的黑硅制備工藝以及黑硅形成的機(jī)理研究顯得尤為重要。目前對(duì)制備過程中黑硅形成機(jī)理的研究大多集中于實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析以及化學(xué)反應(yīng)研究上，而從機(jī)理上對(duì)黑硅形成過程的研究非常少。理論層面上的黑硅形成機(jī)理研究不僅能夠加深對(duì)黑硅形成過程的理解，而且可以幫助探究能夠影響黑

2、硅形成的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)人員改進(jìn)制備工藝。為了對(duì)黑硅形成過程進(jìn)行建模，根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將實(shí)驗(yàn)環(huán)境分為三個(gè)區(qū)域——等離子體層、鞘層和近襯底層，并針對(duì)三個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行建模。首先，針對(duì)刻蝕粒子在等離子體層的運(yùn)動(dòng)，引入量子力學(xué)中物質(zhì)波的概念來進(jìn)行建模，在量子力學(xué)理論框架下，刻蝕粒子的運(yùn)動(dòng)可以被抽象為一種隨機(jī)事件，即刻蝕粒子落在襯底表面某點(diǎn)不是確定的，而是以一定概率發(fā)生的。通過仿真可以看出，粒子到達(dá)襯底表面各點(diǎn)的概率分布并不是均勻的，從而導(dǎo)

3、致了各點(diǎn)刻蝕速率的不均勻。其次，對(duì)于刻蝕粒子在鞘層中的運(yùn)動(dòng)，文章引入射頻偏壓等離子體鞘層動(dòng)力學(xué)來計(jì)算鞘層中的電勢(shì)分布，并且通過將電勢(shì)分布代入薛定諤方程來完成對(duì)鞘層中刻蝕粒子運(yùn)動(dòng)的建模，仿真結(jié)果表明，鞘層偏壓不僅為粒子提供能量，而且使得這些粒子到達(dá)襯底表面各點(diǎn)的概率分布更加集中，即能量更集中于某些區(qū)域，從而有利于刻蝕的進(jìn)行。最后，對(duì)于刻蝕粒子在襯底表面附近的運(yùn)動(dòng)，文章通過分析襯底表面附近電場(chǎng)分布以及粒子靠近襯底時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引入擴(kuò)散模型來