Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Класифікація поруватих сполук

 

Згідно з рекомендаціями міжнародного об’єднання чиcтої та прикладної хімії (IUPAC) пори за розміром поділяються на [1]:

-         макропори (ширина пори перевищує 50 нм);

-         мезопори (ширина пори від 2 нм до 50 нм);

-         мікропори (ширина пори менша за 2 нм).

Пори в сполуках А3В5 виявляють різноманітні форми. Тому зручніше їх класифікувати за напрямом росту:

-         пори, які орієнтовані вздовж  кристалографічних напрямків (crysto),

-         пори, орієнтовані за струмом (curro),

-         пори, які не мають виділеного напрямку.

В цьому проявляється анізотропія травлення кристалів.

Анізотропне травлення має велике значення для структурування напівпровідників і в основному пов'язано з відмінностями у швидкості травлення низькоіндексованих поверхонь кристалів. Причини такої поведінки ще не повністю зрозумілі. Як правило, досліджуються низькоіндексовані поверхні кристалу – це орієнтації (111), (100), (110) [1 – 3]. Кожний набір площин має свою відмінну поведінку в розчині. Однією з причин для визначення відмінності різних кристалографічних площин може бути щільність атомів в цих кристалографічних площинах (висока щільність = низька швидкість розчинення). Однак, це не єдиний чинник, що визначає анізотропію. У з'єднаннях III-V існує ряд додаткових факторів, що сприяють анізотропії, це пов'язано з різними хімічними властивостями атомів з третьої і п'ятої груп періодичної таблиці елементів. Наприклад, уздовж поверхні з орієнтацією <111>, атомні площини зайняті атомами з третьої і п'ятої груп, що утворюють подвійні шари, тобто існують малі і великі проміжки між площинами {111}, що чергуються. Кожен атом має 3 зв'язки в межах одного подвійного шару і один зв'язок поза подвійного шару. Поверхні, обмежені атомами In називаються {111А}, тоді як обмежені атомами P – {111B}. Важливо відзначити, що майже у всіх окислювальних процесах поверхні типу {111} мають більш повільну швидкість розчинення [2]. Це можна пояснити в припущенні, що три зв'язку (в межах того ж подвійного шару) набагато важче порушити з боку А, ніж з боку В, у зв'язку з тим, що електронна хмара одного зв'язку поляризована в напрямку B атома (більше електронегативного).

В роботі [4] наводиться таке пояснення різної швидкості розчинення кристалу площин (111) та (100). Якщо припустити, що для того, щоб порушити зв'язок з боку атому В необхідно середній час t1, тоді як для сторони А необхідний час t2>>t1. Таким чином, щоб усунути подвійний шар з боку B, ми повинні витратити час  ( 3t1+t2), тоді як для сторони А загальний час дорівнюватиме (3t2+ t1). Легко побачити, що (3t2+ t1)>>(3t1+t2). Як наслідок, набагато швидше відбувається травлення з боку B (вздовж напрямку <111> B), ніж з боку А (вздовж напрямку (<111> А). З іншого боку, вздовж напрямків атомних площин <100> простір також зайнято по черзі атомами з третьої і п'ятої груп. Однак атомні площини рівновіддалені, і кожен атом симетрично пов'язаний з атомами з сусідніх шарів. Таким чином, час, необхідний для травлення двох шарів зі сторони А – (2t2+2t1), а з B (2t2+2t1). Як наслідок, у цьому випадку немає ніякої різниці від того, яка поверхня травиться, тому що середній час однаковий.

Кристалографічно орієнтовані пори формуються при невеликих значеннях густини струму – порядку 10 мА/см2. Вони орієнтуються вздовж напрямів <111>А та <111>В (для фосфіду індію А та В – перший і другий елементи у сполуці, тобто індій та фосфор відповідно). Зазвичай ріст пор відбувається в напрямку <111>В, що вказує на першочергову роль фосфору над індієм в реакції розчинення. Така особливість обумовлена різними хімічними властивостями елементів третьої та п’ятої груп періодичної системи.

Збільшення густини струму призводить до формування другого типу пор, які отримали назву «пори, орієнтовані за струмом», або «curro»-пори. Цей тип пор не гілкується, вони ростуть (про що свідчить їх назва) переважно за напрямом струму, тобто перпендикулярно еквіпотенціальним лініям. «Сrysto» пори, з іншої сторони, мають строгу тенденцію до гілкування. Якщо зразок має орієнтацію (100), це обумовлює ріст пор, напрямлений до поверхні злитку. «Сurro» пори завжди потребують ядер «crysto», їх ріст неможливий без кристалографічно орієнтованих пор. «Сurro» пори ростуть паралельно одна одній по всьому зразку, окрім його країв, де вони перестають бути прямими.

ЛІТЕРАТУРА

1. Everett D.H. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units, Appendix II: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry / D.H. Everett // Pure Appl. Chem. – 1972. – V.31(4). – P. 577 – 638.

2. Fujino T. Electrochemical formation of chaotic and regular nanostructures on (001) and (111)B InP substrates and their photoluminescence characterizations / T. Fujino, T. Kimura, T. Sato, H. Hasegawa, T. Hashizume // e-J. Surf. Sci. Nanotech. – 2006. – № 4. – Р. 184 – 191. 

3. Dikusar A. I. Photoelectric Structures Based on Nanoporous p-InP / A. I. Dikusar, L. I. Bruk, E. V. Monaico, D. A. Sherban, A. V. Simashkevich,  I. M. Tiginyanu // Surface engineering and applied electrochemistry. – 2008. –  V. 44 (1). – Р. 1 – 5.

4. Sato T. Electrochemical formation of size-controlled inp nanostructures using anodic and cathodic reactions / T. Sato, T. Fujino, T. Hashizume // Electrochemical and solid-state letters. – 2007. – № 10 (5) – Р. H153 – H155.