Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Хіміко-технологічні засади формування поруватого простору на поверхні фосфіду індію

Порувата поверхня фосфіду індію формувалася шляхом анодного електролітичного травлення. Зростання пори починається в тій точці поверхні пластини, в якій з якоїсь причини спостерігається висока локальна концентрація дірок. Необхідну локальну концентрацію дірок можна створити тільки в тому випадку, якщо вони не є основними носіями, тобто в InP n-типу. Принципово відрізнялася поведінка кристалів p-типу під час електрохімічного травлення при тих же умовах. Вдалося отримати порувату структуру задовільної якості тільки при використанні соляної кислоти (концентрація не менше 5%) при щільності струму (100 – 200) мА/см2 і часу травлення від 15 хв і вище. При цьому використовувався режим додаткового освітлення зразків вольфрамової лампою під час електролітичного травлення.

В результаті викривлення зонної діаграми на межі розділу напівпровідник/електроліт дірки уходять вглиб напівпровідника, а електрони накопичуються на поверхні. Ці електрони взаємодіють з монокристалом фосфіду індію. У результаті на поверхні утворюються вільні атоми фосфору. Вільні атоми фосфору та індію уходять в розчин, при цьому відбувається процес утворення пор.

Особливістю електрохімічного травлення є його низькотемпературний процес, незначне пошкодження поверхні, простота процесу та його низька вартість. Такий метод не потребує високотехнологічного обладнання, достатньо швидкий (2 – 30) хв та простий в реалізації. Електрохімічні методи дозволяють отримувати високу густину пор, яка являється недосяжною при використанні інших методів.

Електрохімічне травлення можна розділити на два різних процеси:

• хімічне травлення(electroless, безелектричне травлення);

• анодне травлення.

В обох випадках відбувається електрохімічне травлення з обміном зарядами на кордоні напівпровідника з електролітом. Механізм електрохімічного окислення, як правило, поділяють на дві часткові реакції:

• інжекції дірок у валентну зону (звільнення електронів);

• далі, розірвані зв'язки будуть зайняті такими молекулами як ОН-, що і призводить до розчинення матеріалу.

Ці два етапи хімічного травлення розділені один від одного в часі. Через це можна зупинити перебіг першого етапу і, таким чином, другий етап (розчинення) буде також зупинено.

При подачі електричного зміщення, яке змушує електрони переходити з розчину до електроду процес називається анодним травленням (дірки пересуваються до буферної зони).

З іншого боку, якщо вони переміщуються з електроду в розчин процес називається катодним травленням (дірки віддаляються від буферної зони). Анодне травлення, подібно хімічному травленню, вимагає наявності дірок для процесу. Велика кількість дірок на поверхні буде спонукати до обриву зв'язків. За аналогією з хімічним травленням, обірвані зв'язки будуть реагувати з нуклеофільними молекулами (такими, як ОН-) в електроліті. Якщо всі зв'язки атомів з твердого тіла будуть замінені на зв'язки з нуклеофільними молекулами, будуть утворюватися нові з'єднання, що складаються з атомів твердого тіла і нуклеофільних молекул. Нове з'єднання не буде мати зовсім або мати тільки лише малу частину зв'язків з твердим тілом. Якщо це з'єднання розчиняється в електроліті, то воно може розчинитися чисто хімічно і, таким чином, поверхня зразка буде вільна і готова до наступної взаємодії з нуклеофільними молекулами в травнику.

В іншому випадку (якщо новостворене з'єднання не розчиняється в хімічному середовищі) то на поверхні електрода буде утворюватися тонкий шар оксиду, що й буде перешкоджати електрохімічній атаці. З цієї причини придатні для електрохімічного травлення електроліти повинні містити два основних компоненти:

• нуклеофільні (тобто сповільнюючі) компоненти;

• компоненти, що розчиняють оксиди.

У загальному випадку, для напівпровідників n-типу необхідні для процесу травлення дірки можуть бути породжені лавинним механізмом пробою, тобто може бути наведено досить високий позитивний потенціал до електрода, або ж цього ефекту можна досягти при освітленні напівпровідника фотонами з енергією, що перевищує ширину забороненої зони напівпровідника.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Zhao X. Quantum confinement in nanometer-sized silicon crystallites / X.Zhao, O.Schoenfeld, S.Komuro, Y. Aoyagi, T.Sugano// Phys. Rev. B – 1994. –Vol. 50, №24. – P. 18654–18657.

2. Rückschloss M. Light emitting nanocrystalline silicon prepared by dry processing: The effect of crystallite size / M.Rückschloss, B.Landkammer, S. Vepek//Appl. Phys. lett. – 1993. – Vol. 63, №11. – P. 1474– 1476.

16. Suchikova Y.A. Morphology of porous n-InP (100) obtained by electrochemical etching in HCl solution / Y.A.Suchikova, V.V. Kidalov,G.A. Sukach // Functional Materials. – 2010. – Vol.17, №1.–P. 1 – 4.