Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Коноваленко А.А.

Бердянский государственныйпедагогический университет

Електроліт для полірування поверхні n-InP

Від стану поверхні напівпровідникового матеріалу, її дефектності залежить досконалість структури епітаксіальних та поруватих шарів нарощуваних на неї при виготовленні напівпровідникових приладів. Задачею полірування є усунення слідів попередньої обробки та різних поверхневих нерівностей (штрихів, подряпин, неглибоких раковин та інших дефектів) з метою отримання гладкої поверхні, що має високу здатність відбиття світла. Процедура полірування кристалу має критичне значення у тих випадках, коли від стану поверхні кристалу залежить якість подальшої обробки (наприклад, при виготовленні поруватих шарів). Навіть незначні дефекти мікронного порядку можуть значно впливати на перебіг всього технологічного процесу.

У даній роботі представлено метод електрохімічної поліровки кристалів фосфіду індію. Відомо, що електрохімічне травлення напівпровідників, зокрема InP активно використовується для отримання поруватих та текстурованих структур. Проте, змінюючи умови травлення, можливо проводити якісне полірування кристалів, що є не менш важливим технологічним аспектом сучасної нанотехнології.

Електрохімічне полірування відбувається занурюванням обробленою поверхні у ванну з хімічно активними розчинами, де в результаті виникаючих хімічних та локальних електрохімічних процесів відбувається розчинення напівпровідника. Всі процеси електрохімічного полірування супроводжуються активним виділенням газу та пару кислот (в залежності від складу травника). Одним з основних переваг електрохімічного полірування є його простота. До недоліків такого полірування можна віднести складність коректування (піддержування елементу) розчинів та малий термін їх служби.

Для експерименту були обрані зразки монокристалічного р-InР (100) з концентрацією носіїв 2,3х10¹⁸ см^-3. Як електроліт використалися розчини плавикової кислоти. Щільність струму вибиралася в діапазоні від 30 до 180 мА/см², час травлення від 5 - 30 хвилин. Катодом в електрохімічній комірці служить пластина платини.

При подачі напруги на електроди починається процес розчинення матеріалу. Розчинення відбувається переважно на виступах мікронерівностей поверхні в наслідок більш високої щільності струму на їх верхівках. Крім того, впадини між нерівностями заповнюються продуктами розчинення: оксидами, солями, що мають понижену провідність. В результаті селективного розчинення, тобто більшої швидкості розчинення виступів, мікронерівності згладжуються і оброблювана поверхня набуває металевий блиск. Електрополірування покращує електрофізичні характеристики зразків, так як зменшується глибина мікротріщін, поверхневий шар оброблюємих поверхонь не деформується, виключаються термічне змінення структури, підвищується корозійна стійкість.

У першу чергу розчиняються найбільш виступаючі точки (виступи), внаслідок чого шорсткість зменшується, а потім зникає, і поверхня деталі стає гладкою і блискучою. Селективне розчинення елементів протікає з одночасним отриманням блиску.
Видалення великих виступів називається макро-поліруванням, а розчинення мікроскопічно малих нерівностей - мікро-поліруванням. Якщо макро- та мікро-полірування протікає одночасно, то поверхня набуває гладкість і блиск. У ряді випадків ці якості можуть бути незв'язаними один з одним, тобто блиск може досягатися без згладжування, а згладжування – без блиску. У процесі електрохімічного полірування на поверхні анода (полірованої деталі) утворюється окісна або гідроокісна плівка. Якщо ця плівка рівномірно покриває поверхню, то вона створює умови, необхідні для протікання мікро-полірування. Зовнішня частина цієї плівки безперервно розчиняється в електроліті. Тому для успішного проведення процесу необхідно створення умов, в яких існувало б рівновага між швидкостями утворення окісної плівки і швидкістю її хімічного розчинення з тим, щоб товщина плівки підтримувалася незмінною. Наявність плівки обумовлює можливість обміну електронами між поліруючим зразком та іонами електроліту без небезпеки місцевого руйнування кристалу агресивним електролітом. Макрополірування також є процесом, залежним від наявності прианодної плівки. Будучи більш товстою в поглибленнях і більш тонкою на виступах, ця плівка сприяє їх прискореному розчиненню, так як на виступах створюється більш висока щільність струму, а електричний опір над ними менший, ніж над поглибленнями. Ефективність дії плівки збільшується з підвищенням її внутрішнього опору.

Експериментально було встановлено, що для якісного полірування поверхні n-InP необхідно використовувати наступний електроліт: H₂O:HF:HBr=5:5:1. При цьому для досягнення ефекту час проесу повинен складати 15 хв. При цьому для досягнення ефекту час процесу повинен складати 15 хв.

Зміна даного співвідношення у бік збільшення концентрації HF приводить до осадження на полірованій поверхні кристалітів, що містять значну долю фтору. Якщо концентрація плавикової кислоти нижча, то спостерігається розтравлювання поверхні а утворення поруватого шару. Використання бромоводневої кислоти є необхідною умовою для отримання дзеркально гладкої поверхні, за її відсутності зразки після полірування мають високий рівень шорсткості.

Таким чином, при використанні травника для неселективного травлення фосфіду індію n-типу до складу якого входить плавикова та бромоводнева кислоти у вказаних вище концентраціях, можливим стає якісне полірування поверхні напівпровідника відмінної якості. Перевагою такого способу полірування є його низька вартість, легкість виконання, можливість обробляти партію зразків по всій поверхні злитків.