Демьяненко-Мамонова
В.А., Дяденчук А.Ф.
Бердянский
государственный педагогический университет, Украина
Формирование пористого
слоя в полупроводниках методом электрохимического травления
Все больше
научных исследований посвящается получению и изучению свойств уникальных
наноматериалов, которые находят
различные применения в области микроэлектроники, сенсорике, оптоэлектронике и
др. Свойства пористых материалов определяются такими их основными
характеристиками как пористость, размер и форма пор, толщина перегородок между
ними, наличие в объеме продуктов электрохимических реакций и т.д. [1].
Традиционным способом получения пористых полупроводников является
электрохимическое травление. Из подобных структур к настоящему времени наиболее
подробно изучены бинарные соединения А3В5 [2-4].
В
данной работе представлены способы получения пористой поверхности на
полупроводниках Ge, ZnSe, GaAs, GaP методом электрохимического травления.
Пористую
поверхность получали путем электрохимической обработки монокристаллических полупроводниковых
пластин в стандартной электрохимической ячейке. В качестве электролита
использовали смеси плавиковой, соляной и азотной кислот. Для экспериментов в
качестве анода были использованы образцы Ge, ZnSe, GaAs, GaP n-типа
проводимости с полированной поверхностью, в качестве катода – платина.
Плотность тока варьировала в диапазоне от 10 до 400 мА/см2.
Эксперимент проводился при комнатной температуре. Время травления составляло от
15 до 30 минут.
Морфология пористого слоя полученных
полупроводников изучалась при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM-649.
Порообразование в GaAs (001) n-типа проводимости
с полированной поверхностью происходило при травлении в водном растворе
плавиковой кислоты в течение временного промежутка от 10 до 30 минут.
Рис.
1. СЭМ-изображение: а) поверхности пористого n-GaAs,
время травления 30 мин; б) поверхности пористого n-GaP,
время травления 20 мин.
Пористый
слой GaP был получен на поверхности монокристаллического GaP n-типа проводимости при анодном травлении в электролите HF:C2H5OH в
соотношении 1:1,
плотности токов варьировали в диапазоне от 30 до 270 мА/см2.
При электрохимическом травлении Ge в качестве электролита были
апробированы следующие растворы кислот: 1) С2Н5ОН:HNO3:HF=1:1:0,4;
2) HNO3:HCl=1:1; 3) С2Н5ОН:HCl:HF=5:5:1;
4) 5% HCl.
Рис. 2. Микрофотографии пористого Ge полученного
методом электрохимического травления в смеси кислот: а) С2Н5ОН:HNO3:HP=1:1:0,4;
б) HNO3:HCl=1:1; в) С2Н5ОН:HCl:HF=5:5:11; г)
5% раствор HCl.
Напряжение повышалось со временем со скоростью 1 В/мин до
выявления величины порогового напряжения порообразования, индивидуальное для
каждого случая травления. После этого был выбран режим фиксированного
напряжения, при котором образцы травились еще 2 мин. Размер пор варьировал от 100 мкм до
10 нм (рис. 2): 1) образец 1 –10-100 нм; 2) образец 2 – 50-100 нм; 3) образец 3
– 50-100 нм; 4) образец 4 – 10-100 мкм.
Электрохимическое травление образцов ZnSe
производилось в растворе кислот HF:HNO3:HCl=2:3:3, HF:HNO3:HCl=2:3:2,
HF:HCl=1:2, HF:HNO3=1:3, HNO3:HCl=1:2 при плотностях тока от 30 до 150 мА/см2.
Наиболее качественная пористая структура была получена при использовании смеси
HF:HNO3:HCl=2:3:3 при плотности тока 150 мА/см2 (рис. 3).
Рис.
3. СЭМ-изображение поверхности пористого n-ZnSe, время травления
а) 15 мин; б) 30 мин.
Литература
[1] Определение параметров пористой структуры в
por-Si и por-Al2O3 путем компьютерной обработки данных
растровой и атомно-силовой микроскопии / Ю. М. Спивак [и др.] // Молодой
ученый. — 2012. — №5. — С. 1-4.
[2] Kang Y. and Jorne J., J. Electrochem. Soc., 1993, V.
140, pp.2258
[3] Valance A., Phys. Rev. B, 1995, V. 52, N 11, pp.
8323-8336
[4] Компан М.Е., Сениченков И.Ю., Шабанов И.Ю., Салонен
Я. Электронный журнал "Исследовано в России", 1999, 1, http:
zhurnal.mipt.rssi.ru/articles/1999/001.pdf