Modification of semiconductors and oxides in plasma generated at atmospheric pressure

Mgr. Dana Skácelová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertační práce je věnována studiu modifikace polovodičů a jejich oxidů v plazmatu generovaném za atmosférického tlaku. Jako zdroj plazmatu byl použit difúzní koplanární povrchový bariérový výboj (DCSBD) buzený za atmosférického tlaku v různých pracovních plynech. Byl zkoumán vliv plazmatu na změnu povrchových vlastností krystalického křemíku a SiO2. V závislosti na době expozice, pracovním plynu a krystalografické orientaci křemíku byly stanoveny optimální podmínky plazmového čištění a aktivace povrchu. Pomocí optické emisní spektroskopie, digitální fotografie a počítačového modelování byly zkoumány vlastnosti plazmatu a jeho interakce s opracovávaným vzorkem. Vzhledem k filamentární povaze plazmatu buzeného za atmosférického tlaku byla zkoumána interakce plazmatu se vzorkem během opracování, vliv pracovního plynu a vlhkosti na vlastnosti plazmatu a vliv opracovávaného materiálu na vlastnosti a podobu plazmatu. Dále byla studována plazmová oxidace krystalického křemíku v DCSBD. Byl zkoumán vliv doby expozice a vlhkosti na oxidační proces, na tloušťku oxidové vrstvy a její chemické složení.

Abstract:

This thesis is dedicated to the study of modification of semiconductors and their oxides in plasma generated at atmospheric pressure. The plasma modification was carried out using Diffuse Coplanar Surface Barrier Discharge (DCSBD) operating in ambient air and in various gases and their mixtures. The influence of plasma modification on the crystalline silicon surface and silicon dioxide properties were studied. The optimal conditions for plasma cleaning and surface activation were found. Plasma properties and plasma-surface interaction during surface modification were studied by means of the optical emission spectroscopy, digital photography and computer modeling. With respect to the filamentary nature of atmospheric pressure plasmas, the plasma-surface interaction during modification, effects of the operating atmosphere and the humidity on the plasma properties and an influence of the treated material on the plasma properties and appearance were investigated. Further, the plasma oxidation of crystalline silicon in DCSBD was studied. The influence of exposure time and humidity on the oxidation process, resulting oxide layer thickness and its chemical composition were studied.

Keywords

DBD, DCSBD, plazmová oxidace, plazmové čištění, plazmová aktivace, křemíkové wafery DBD, plasma oxidation, plasma cleaning, plasma activation, silicon wafers

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 11. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 1. 12. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Mirko Černák, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Petr Sládek, CSc., doc. RNDr. Miroslav Zahoran, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics