Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Надгратки рor-InP/mono-InP

В останні роки в області фізики конденсованого стану надгратки стали об’єктом інтенсивного дослідження завдяки ефекту квантового конфайнменту, що робить їх потенціальними кандидатами на використання у різних електронних та оптичних приладах. Мікроскопічні дослідження таких систем є істотним кроком до розуміння їх властивостей на макроскопічному рівні та виготовленню на їх основі мікроелектронних пристроїв та їх компонентів.

В основу корисної моделі поставлено задачу отримання надгратки рor-InP/mono-InP. Доказом виникнення структур може служити зображення, отримане за допомогою растрового електронного мікроскопу (модель JSM-6490).

Поставлена задача вирішується тим, що проводять обробку монокристала InP шляхом електрохімічного травлення. Перед травленням зразки проходили попередню обробку з метою отримання очищеної від забруднень поверхні. Зразки промивали в толуолі, метанолі та ізопропанолі. Для отримання шарів InP був вибраний метод електрохімічного травлення в електроліті на основі HF. Концентрація компонентів розчину визначалася за такою формулою HF:H₂O=1:1. Травлення проводилося при кімнатній температурі в темряві. Експеримент відбувався при пульсуючий напрузі: травлення при напрузі 5 В (1 хв), травлення без напруги (просте хімічне травлення) – 2 хв. Загальний час травлення – близько 30 хв.

В результаті травлення утворилася надгратка, що представляє собою систему періодичних шарів InP – por-InP (рис. 1).

Рис. 1. Надгратка , що утворилася з усіх боків кристаллу

Товщина кожного поруватого шару складає приблизно 20 – 25 мкм, монокристалічного – 30 - 35 мкм. Слід зауважити таку цікаву властивість – надгратка утворилася по всій товщині зразка, при чому найбільш вираженою вона є на стороні, що повернута до платинового електроду. В цій області шари більш товсті та мають більш виражену структуру. Із зворотнього боку шари більш тонкі. Порувата структура не так виражена. Найменш вираженими є шари, що розташовані всередині зразка. Така поведінка свідчить про те, що травлення відбувається і на зворотньому боці пластини, тобто струм огинає пластину та підтравлює її з усіх боків. Рис. 2 демонструє шари надгратки.

Рис. 2. СЕМ-зображення, що демонструє чергування монокристалічних та поруватих шарів фосфіду індію

Верхнім шаром, що є очевидним, є поруватий. Він являє собою дуже розтравлену структуру. Це є логічним, тому що поверхня кристалу під час травлення найбільш активно взаємодіє з електролітом та, на відміну від внутрішніх шарів, постійно – від самого початку травлення до його завершення. Поруваті шари не є впорядкованими. Пори мають велику об’ємну густину (до 80%), розмір – від декількох нанометрів до десятків мікронів.

Далі йде монокристалічний шар, який, проте, теж має пори, але цих отворів небагато, вони розташовані переважно на границі розділу двох шарів та мають впорядкований характер. Напрям цих пор збігається з кристалографічною орієнтацією зразка, що дозволяє судити про напрям фронту травлення. Утворення пор в монокристалічних шарах кристалу (нехай навіть й невеликої їх кількості) свідчить про те, що за відсутності напруги травлення кристалу не припиняється. В цьому випадку електрохімічний процес має дещо відмінний характер – відбувається просунення фронту травлення вглиб зразка. Така поведінка не є тривіальною та свідчить про складні хімічні та електричні процеси, що супроводжуються під час анодування фосфіду індію.

Періодична послідовність періодичних шарів створює додатковий періодичний потенціал. За будь-яких просторових характеристик цих шарів поява такого додаткового потенціалу зумовлює появу принципово нових корисних фізичних властивостей такої структури порівняно з властивостями її складових. Це може відображатися на таких характеристиках, як теплопровідність, електропровідність, оптична анізотропія кристалу. В свою чергу це дозволяє розширити межі застосування напівпровідника та створення принципово нових пристроїв на основі нових матеріалів, якими являються надгратки.