مدل سازي رياضي و شبيه سازي فرآيند لايه نشاني اكسيد روي در پلاسماي Ar/O2

Mathematical modeling and simulation of the growth of ZnO thin films in Ar/O2 plasma

نظر به كاربرد گسترده لايه هاي نازك اكسيد روي در ساخت حسگرها و سلول هاي خورشيدي نسل دوم و سوم، هدف از اين تحقيق، تحليل و شبيه سازي فرآيند لايه نشاني اكسيد روي در سامانه كندوپاش مگنتروني مستقيم است. در اين راستا، ابتدا مدل رياضي ارايه شده براي فرآيند لايه نشاني در نرم افزار RSD2013، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته و پس از آن نتايج حاصل از شبيه سازي فرآيند لايه نشاني اكسيد روي با استفاده از تارگت روي، در پلاسماي Ar/O2، تجزيه و تحليل شده اند. همچنين، با توجه به تاثير مشخصه هاي پلاسما بر فرآيند لايه نشاني، از نرم افزار XPDP1 به منظور شبيه سازي پلاسماي سامانه كندوپاش استفاده شده است. معادلات ديفرانسيلي وابسته به زمان استفاده شده در RSD2013، بسياري از پديده هاي فيزيكي از جمله جذب شيميايي گاز واكنشي از طريق تارگت و زيرلايه، لانه گزيني مستقيم و ضربه اي ذرات گاز واكنشي در تارگت، تشكيل تركيبات كامپوند در نواحي زير سطح تارگت، رسوب ذرات اسپاتر شده از تارگت روي سطح زيرلايه و بازگشت كسري از آن ذرات به سمت تارگت، و نيز رسوب مجدد ذرات اسپاتر شده روي سطح تارگت را در بر دارد. نتايج حاصل از شبيه سازي، در بهبود كيفيت اكسيد روي لايه نشاني شده در سامانه هاي عملي كندوپاش واكنشي موثر خواهد بود.

Considering the importance of zinc oxide thin films (ZnO) in the fabrication of sensors and solar cells, this study aims to analyze and simulate the ZnO growth process by magnetron sputtering system. In this regard, the mathematical model in RSD2013 software was studied and then the results of the simulation of the ZnO growth process in plasma Ar/O2, have been analyzed. The accurate time-dependent differential equations used in this software, model some of the physical phenomena, including as the chemical absorption of reactive gas through the target and the substrate, the direct and knock-on implantation of reactive gas particles in the target, the formation of compound components in subsurface of the target, the deposition of sputtered particles on the substrate surface while returning the fraction of those particles to the target, and the redeposition of sputtered particles on the target surface. The results of the simulation will be helpful in improving the quality of fabricated ZnO thin films growth by reactive sputtering system.