Дяденчук А. Ф.

Бердянський державний педагогічний університет, Україна

Методика отримання поруватого ZnSe

Травлення напівпровідникових матеріалів – важлива операція при виготовленні напівпровідникових приладів, а також в епітаксіальній технології – для очищення поверхні від забруднень і оксидів, для видалення порушеного шару після механічної обробки і контрольованого видалення матеріалу з метою отримання пластин заданої товщини з досконалою поверхнею, для контрольованих змін поверхневих властивостей; для створення потрібного рельєфу на поверхні пластин.

У напівпровідниках А3В5 типу для формування наноструктур застосовують традиційно досить дорогий метод молекулярно-променевої епітаксії. Можлива альтернатива цьому методу – використання електрохімічного травлення пластин в розчинах кислот. Особливістю електрохімічного процесу є низький температурний процес, мале пошкодження поверхні, простота процесу і його низька вартість. Електрохімічні методи дозволяють отримувати високу щільність пор, яка є недосяжною при використанні інших методів.

При рівних умовах (ідентичні кристали, однаковий заряд і концентрація аніонів у розчині) швидкість електролітичної реакції залежить від типу аніона, який бере участь в реакції. Електроліти за здатністю дисоціювати на іони при розчиненні діляться на сильні і слабкі. Їх поведінка при розчиненні різна. Частина молекул слабких електролітів під дією розчинника розпадається на іони. Процес їх дисоціації оборотний, так як при зіткненнях іони легко асоціюються, тому в розчинах слабких електролітів встановлюється динамічна рівновага між іонами і недисоциїруваними молекулами.

При розчиненні сильних електролітів дисоціація відбувається практично повністю, іонні кристали або молекули розпадаються з утворенням гідратованих (сольватовані) іонів. З найважливіших кислот до сильних електролітів належать HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, HCl, HBr. До слабких електролітів відносять більшість неорганічні сполуки H₂CO₃, H₂S, HCN, HF. У якості електроліту можливе використання галогенідів, сульфатних, фосфатних, нітратних розчинів.

Формування пор є складним процесом, який залежить від багатьох факторів, тому формування представляється цікавим пошук оптимальних умов для отримання якісних пористих наноструктур. Процес проводять в тефлоновій або фторопластовою осередку, яка наповнена розчином електроліту. Тефлон використовується завдяки властивості хімічної стійкості до плавикової кислоти. В якості катода використовують, як правило, платину. Пластину напівпровідника (анод) поміщають паралельно катоду для рівномірності проходження струму.

У роботі проаналізовано фізико-технологічні аспекти одержання й аналізу властивостей пористих шарів отриманих методом електролітичного травлення. Розглянуто принципи створення датчиків атомарного водню на основі пористого ZnSе. Електрохімічне травлення відбувалося на стандартній установці в електролітичної осередку з платиною на катоді. У нашій роботі використовується електрохімічне травлення в розчині HF:H₂O (2:1). Додавання в хлоридні розчини азотної кислоти прискорює швидкість електролітичної реакції і дозволяє отримувати пористі поверхні з більш щільно упакованими порами (ступінь пористості 60 - 70%). Однак, як і у випадку з йодидами азотна кислота впливає на товщину нерегулярного пористого шару. У цьому випадку дана величина становить близько 1,8 мкм (при відсутності азотної кислоти - 0,4-0,7 мкм).

У цій роботі зразки були очищені в етиловому спирті. Експеримент проводили при кімнатній температурі. Після травлення зразки попередньо промивалися в етиловому спирті, а потім просушувались в повітрі. Порувата поверхня одержана методом електрохімічного травлення. Цей метод є найбільш простим та дешевим для одержання поруватої поверхні напівпровідників групи А3В5 (та інших напівпровідників). Плазмове травлення теж ефективне для утворення пор на монокристалічній поверхні, але така методика є більш складною та дорогою.

Морфологія поверхні досліджувалася на растровому електронному мікроскопі. За результатами скануючої електронної мікроскопії розмір пор склав 50 нм. При використанні різних умов було отримано різноманітність пористих структур. Отримані наступні висновки:

1. Існує мінімальна концентрація електроліту.

2. Вирішальну роль у формуванні пористого шару грає величина густини струму.

Морфологія пористих зразків, отриманих при використанні плавикової кислоти, демонструє сітку мезо- або макропор. Утворення таких пор часто пов'язують з виходом дефектів і дислокацій на поверхню кристала. При цьому часто спостерігається значне перетравлювання поверхні.

В роботі [1] розглянуто найбільш імовірні фізичні моделі сенсорів водню на основі тонких плівок діоксиду олова, а також на основі МОН-структур і тунельних МОП-діодів. В роботі [2] описано активні адсорбенти, використані при створенні високочутливих і селективних сенсорів-датчиків.

У цій роботі розглянуті принципи створення датчиків атомарного водню на основі пористого ZnSе. Робота сенсора заснована на порушеннях хемілюмінесценції за рахунок енергії рекомбінації атомів водню на пористій поверхні ZnSe. Встановлено фактори, що визначають чутливість сенсора.

Література:

[1] Я.І. Лепіх, Sensor Electronics and Microsystem Technologies, 2 (8), 35 (2011).

[2] И. А. Кировская, С.О. Подгорный, Журнал физической химии , 85 (11), 2112 (2011).