Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Перемішування електроліту під час електрохімічного травлення фосфіду індію

Створення нових матеріалів із заданими електронними, структурними та оптичними властивостями є одним з важливих завдань сучасної технології. Вирішення цього завдання в ряді випадків може бути здійснено шляхом формуванняня наноструктурованих середовищ, властивості яких визначаються розмірами, формою і впорядкованістю складових їх наночастинок, а також факторами заповнення таких середовищ наночастинками. Особливої уваги заслуговують нанокомпозитні середовища, в яких нанооб'єкти розташовані більш-менш впорядковано та / або мають анізотропні властивості. Серед різноманітних наноструктурованих середовищ слід особливо відзначити пористі напівпровідники і діелектрики, утворені шляхом видалення частини матеріалу з обсягу. Пори, що виникають, мають розміри від одиниць до сотень нанометрів. Фізичні властивості отриманих структур відрізняються від властивостей вихідного матеріалу, часто радикально. Можна виділити 3 основні причини модифікації їх властивостей

Формування глибоких отворів заданої форми в монокристалічному фосфіді індію часто необхідно при виготовленні мікромеханічних датчиків на його основі. При цьому глибина отвору повинна складати не менше декількох десятків мікрон, а приріст лінійних розмірів по глибині повинен бути мінімальним. Іншими словами, необхідно забезпечити вертикальність стінок отворів по всій глибині.

Швидкість травлення визначається низкою факторів: по-перше, властивостями самого напівпровідникового матеріалу, такими як кристалографічна орієнтація поверхні фосфіду індію, чистота поверхні, присутність дефектів або порушеного поверхневого шару; по-друге, властивостями травника: його складом, концентрацією компонентів, наявністю домішок в розчині, а також температурою і швидкістю перемішування розчину.

Підвищення температури і перемішування електроліту підсилює дифузію анодних продуктів, наслідком чого є підвищення щільності струму, при якій відбувається стрибок анодного потенціалу. У процесі травлення в стаціонарних умовах продукти анодної реакції накопичуються у поверхні кристала. У деяких випадках дифузія і конвекція не можуть забезпечити відведення цих продуктів від зразка в загальну масу електроліту і доставку свіжого електроліту до кристалу, внаслідок чого можуть порушуватися оптимальні умови розчинення кристалу. У цих випадках необхідно застосовувати перемішування електроліту. Крім того, перемішування запобігає локальному нагріванню поверхні кристалу і дозволяє підтримувати більш рівномірну температуру електроліту. Зазвичай перемішування застосовується тоді, коли на поверхні кристалу утворюються важкорозчинні в електроліті плівки і коли необхідно видаляти бульбашки, що прилипають або повільно рухаються в одному напрямку. У першому випадку збільшується швидкість розчинення плівок на аноді, у другому - поверхня звільняється від бульбашок газу, які можуть викликати утворення дефектів та аморфних плівок на поверхні кристалу Крім того, перемішування травника забезпечує однорідність травлення і рівномірність розігріву. Швидкість травлення лінійно зростає із збільшенням швидкості перемішування розчину. Швидкість перемішування повинна підбиратися для кожного складу травника індивідуально.

При певній швидкості перемішування встановлюється відповідна постійна товщина збідненої реагентом області безпосередньо біля поверхні пластини. Незмінність товщини цієї області підтримує постійну швидкість дифузії молекул травника з об’єму розчину до поверхні пластини. При дуже повільному перемішуванні товщина збідненого шару може стати дуже великою і травлення сповільниться. Навпаки, при великій швидкості перемішування збіднений шар може не встигати утворюватися у поверхні пластин або "зриватися" з поверхні потоком рідини, що призводить до селективного розтравлювання поверхні. Перемішування електроліту здійснюється обертанням комірки, в яку поміщаються пластини, або перемішуванням самого електроліту. З іншого боку, перемішування реагенту не відіграє істотної ролі в разі обмеження швидкості на стадії хімічної реакції. Швидкість більшості процесів рідинного травлення обмежена швидкістю хімічної реакції. Типові флуктуації деяких змінних можуть призвести до перетравлювання. Перетравлювання або неповне стравлювання фатально не стільки із-за великого розбігу розмірів, скільки через те, що воно ускладнює проведення наступних технологічних операцій, наприклад дифузії.

Таким чином, якщо електроліт досить концентрований і процес травлення займає невеликі проміжки часу (не більше 15 хв), перемішування травника можна не здійснювати, тим більше, цей процес несе додаткове технологічне навантаження. Однак, при низькій швидкості травлення (в сильно розбавлених електролітах) і тривалому за часом процесі анодування для отримання якісного поруватого шару, що характеризується рівномірністю розподілу пор по поверхні, перемішування може виявитися вирішальним чинником.