Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Методика визначення граничної напруги пороутворення навівпровідників

Останнім часом квантово-розмірні структури привертають увагу дослідників завдяки своїм незвичайним властивостям. Квантово-розмірні ефекти призводять до збільшення ширини забороненої зони і, як наслідок, до зсуву основної смуги фотолюмінісценції в короткохвильову область. Такий результат дозволяє розглядати наноструктури у якості перспективних джерел випромінювання. Досить важливим технологічним завданням є отримання високоякісних поруватих плівок, серед характеристик яких можна відмітити розмір, поруватість, глибина проростання.

У роботі [1] вказується, що умови пороутворення завжди обмежені більш менш вузьким діапазоном напруги поляризації. Найбільш різкою, чітко визначуваною межею такого діапазону виявляється мінімальна, гранична величина напруги, що є необхідна для початку зародження пір, так звана напруга початку пороутворення.

Гранична напруга пороутворення може служити кількісною характеристикою процесу анодування, що протікає в конкретній системі "напівпровідник - електроліт".

Напруга початку порообразования визначається таким чином. Зразки напівпровідника поміщують в звичайну електрохімічну комірку з розчином електроліту та починають процес травлення. Швидкість зміни напруги при цьому 1 В/хв. Для отримання більш чіткого значення, швидкість зміни напруги можна зменшити. В перші хвилини процесу анодизації (рис.1) швидкість стуму складає невеликі значення (до 50 мА/см²). Починаючи з критичного значення напруги щільність струму швидко наростає з часом - до 250 мА/см² впродовж 1 хвилини. Різке зростання щільності струму в часі можна пояснити поступовим збільшенням числа вхідних отворів пір і їх галуженням під поверхнею. Через якийсь час струм перестає наростати. Таким чином, гранична напруга пороутворення визначається як значення потенціалу, при якому починається різкий ріст струму.

Рис.1. графік залежності щільності струму травлення від часу, що дозволяє визначити напругу початку пороутворення

Слід зазначити, що гранична напруга початку пороутворення залежить від ряду чинників : рівня легування і орієнтації напівпровідника, складу і температури електроліту, концентрації дефектів на поверхні кристала та ін. Тому ця величина має різні значення для кожного окремо взятого випадку [2 – 6].

Аналіз морфології випробовуваних зразків, отриманий за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SЕМ), показує (рис.2), що активне пороутворення спостерігається у різних випадках. В умовах, коли пороутворення виявляється домінуючим електрохімічним процесом, що протікає при заданій величині поляризуючої напруги на монокристалічному напівпровідниковому аноді, стаціонарна конфігурація поверхні поруватого шару формується до моменту досягнення максимальної щільності струму.

Рис.2. Морфологія поруватих структур, отриманих при різних умовах

У даній роботі було продемонстровано методику визначення граничноїнапруги пороутворення, що є важливою технологічною задачею при виготовленні наноструктур.

Література

1. Spiecker E. Morphology, interface polarity and branching of electrochemically etched pores in InP / E.Spiecker, M.Rudel // Phys. Stat. Sol. (a). – 2005. – № 202 (15). – Р. 2950 – 2962.

2. 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.

3. Сычикова Я.А. Влияние типа аниона электролита на морфологию пористого InP, полученного методом электролитического травления / Я.А. Сычикова, В.В.Кидалов, Г.А. Сукач // Журнал нано- і електронної фізики – 2009. – Т. 1, № 4. – С. 69 – 77.

4. Сычикова Я.А. Влияние дислокаций на процесс порообразования в монокристаллах n-InP (111) / Я.А. Сычикова, В.В. Кидалов, Г.А. Сукач // Физика и техника полупроводников. – 2011. – Т. 45, № 1. – С. 123 – 126.

5. 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.

6. 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.