Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Конфігурація поруватої поверхні при різній концентрації кислоти в електроліті

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.

Швидкість процесу травлення можна регулювати, вводячи різні добавки. Сповільнювачем реакції є оцтова кислота, прискорювачем служить бромоводнева кислота. Оцтова кислота, введена в травник, зменшує діелектричну постійну розчину і тим самим пригнічує дисоціацію плавикової кислоти на іони. Крім того, вона сама диссоціює з виділенням великої кількості іонів H⁺. В результаті катодні реакції сповільнюються. Відбувається пасивація поверхні воднем під час самого процесу травлення. Адсорбовані атоми при цьому можуть вириватися з поверхні кристалу та йти у розчин, проте цей процес протікає досить повільно і вимагає більш тривалого інтервалу травлення. При введенні в розчин прискорювача - декількох крапель брому, який адсорбується на поверхні InP, в перший момент реакція травлення сповільнюється. Потім він захоплює електрон з кристалу і стає негативно зарядженим іоном Br ^-. Віддаючи електрон плавикової кислоти і переходячи в розчин у вигляді нейтрального іону, бром прискорює дисоціацію плавикової кислоти і сприяє протіканню катодних реакцій. При цьому зростає кількість дірок в фосфиді індію і травлення прискорюється.

Найбільш підходящим травником для отримання якісних поруватих плівок фосфіду індію є 5% розчин соляної кислоти. Як було показано вище, за даних умов можливим стає отримання нанопоруватого шару, що є бажаним результатом у виготовленні наноструктурованих поверхонь. При меншій концентрації соляної кислоти процес пороутворення є менш активним і в цьому випадку важче отримати впорядкований ансамбль пор. Якщо концентрацію соляної кислоти збільшити до 7% і вище, спостерігається значне розтравлювання поверхні, що може бути пов'язано з об'єднанням мікропор в більш масивні отвори. Цікаво, що при підвищенні концентрації HCl вище значення 10%, процес пороутворення значно сповільнюється.

Концентрація кислоти в електроліті визначає поруватість отриманих структур. На рис. 1 наведено гістограму, яка демонструє залежність поруватості зразків фосфіду індію від процентного вмісту HCl в розчині. При цьому інші параметри (час травлення, щільність струму, температура травлення) зберігалися однаковими для всіх випробуваних зразків.

Таким чином, при уповільненні процесу травлення із-за перевищення порогу концентрації соляної кислоти в травнику зменшується кількість вхідних отворів пор, що корелює з уповільненням процесу пороутворення.

Як вже зазначалося, найбільш рівномірний поруватий шар утворюється в розчині 5% HCl. При цьому спостерігається формування пор практично однакових за розміром. Рис. 2 демонструє розподіл пор по діаметру.

За даних умов спостерігається утворення пор розміром переважно 30 - 40нм (концентрація таких пор досягає 70%). Значно менше ямок травлення (чверть від загальної кількості) з розмірами, що перевищують дані границі. Такі пори можуть утворюватися в місцях дефектів та дислокацій. І близько 5% пор мають діаметр менше 30 нм, що можна пояснити перериванням процесу травлення до завершення процесу пороутворення – стінки не встигли розчинитися до критичної межі (5 – 10нм).

Рис. 1. Залежність поруватості фосфіду індію від концентрації соляної кіслоти в розчині електроліту (час травлення 10 хв,

щільність струму 80 мА/см², температура 20^оС)

Рис. 2. Розподіл пор по діаметру при використанні 5% HCl (час травлення 10хв, щільність току 80 мА/см², температура 20^оС)

Однак якщо процес травлення продовжувати, то можна спостерігати надмірне розтравлювання поверхні в деяких ділянках.