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、微流體當中的低摩擦超疏水表面以及太陽能電池當中。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理研究顯得尤為重要。目前對制備過程中黑硅形成機理的研究大多集中于實驗參數(shù)分析以及化學(xué)反應(yīng)研究上，而從機理上對黑硅形成過程的研究非常少。理論層面上的黑硅形成機理研究不僅能夠加深對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)鍵實驗參數(shù)，指導(dǎo)實驗人員改進制備工藝。為了對黑硅形成過程進行建模，根據(jù)粒子運動狀態(tài)將實驗環(huán)境分為三個區(qū)域——等離子體層、鞘層和近襯底層，并針對三個區(qū)域分別進行建模。首先，針對刻蝕粒子在等離子體層的運動，引入量子力學(xué)中物質(zhì)波的概念來進行建模，在量子力學(xué)理論框架下，刻蝕粒子的運動可以被抽象為一種隨機事件，即刻蝕粒子落在襯底表面某點不是確定的，而是以一定概率發(fā)生的。通過仿真可以看出，粒子到達襯底表面各點的概率分布并不是均勻的，從而導(dǎo)

3、致了各點刻蝕速率的不均勻。其次，對于刻蝕粒子在鞘層中的運動，文章引入射頻偏壓等離子體鞘層動力學(xué)來計算鞘層中的電勢分布，并且通過將電勢分布代入薛定諤方程來完成對鞘層中刻蝕粒子運動的建模，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襯底表面各點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行。最后，對于刻蝕粒子在襯底表面附近的運動，文章通過分析襯底表面附近電場分布以及粒子靠近襯底時的運動狀態(tài)，引入擴散模型來