Спосіб отримання нанопоруватого шару фосфіду індію шляхом електрохімічного травлення у розчині плавикової кислоти

1. Спосіб отримання нанопоруватого шару на поверхні монокристалічного фосфіду індію, який включає обробку поверхні монокристалічного ІnР шляхом електрохімічного травлення. 3 В основу корисної моделі поставлено задачу отримання нанопоруватого шару фосфіду індію. Доказом виникнення квантово-розмірних структур на поверхні може служити зсув максимуму фотолюмінісценції у більш короткохвильову область спектру. Поставлена задача вирішується тим, що проводять обробку монокристала ІnР шляхом електрохімічного травлення. Перед електрохімічним травленням зразки проходили попередню обробку з метою отримання очищеної дзеркально гладкої поверхні. По-перше поверхню зразків шліфували за допомогою алмазної пасти. Після обробки алмазною пастою на поверхні спостерігалися нерівності висотою приблизно 2-10 мкм (оцінку висоти нерівностей проводили на інтерференційному мікроскопі МII-4). По-друге проводили поліруюче хімічне травлення зразків у розчині азотної, фтористоводневої та оцтової кислот у співвідношенні 1:2:2. Це дозволило отримати дзеркально гладку поверхню. Для видалення неполярних забруднень, молекули яких мають високу поверхневу енергію і завдяки цьому закривають велику площу, зразки промивали толуолом. А для видалення полярних органічних забруднень, які займають на поверхні дещо меншу площу ніж неполярні, використовували етиловий спирт. Після такої обробки зразки мали дзеркально гладку поверхню, очищену від окислів, полярних та неполярних органічних забруднень. У якості основи електроліту нами була обрана плавикова кислота. Використовувався розчин плавикової кислоти, етилового спирту та води у відношенні 1:2:1. Робоча поверхня зразків складала 0,12 см2. Густина струму склала 30 мА/см2. Напруга обиралася у діапазоні 2-10 В. Час травлення від 5 до 10 хвилин. Для видалення поверхневих оксидів з поверхні поруватого фосфіду індію використовували теплове очищення зразків у потоці чистого водню, оптимальна температура очищення для оксидів Іn2О, ІnО, РO2, Р2О3 складає 500-600 °С, час - 20 хв. Спектри фотолюмінісценції були отримані за допомогою установки СДЛ-2. Вимірювання спектрів фотолюмінісценції проводились при кімнатній температурі, та температурі рідкого азоту. У якості джерела збудження використовували випромінювання азотного лазеру ЛГІ-503 ( =337 нм). На фіг. 1 представлено спектр ФЛ нанопоруватого ІnР, одержаного шляхом електрохімічного травлення при щільності струму j=30 мА/см2 та часі травлення t=5 xB. З рисунку видно, що спектр суттєво розширений, максимум його смуги випромінювання локалізовано поблизу енергії 2,21 еВ (560 нм). Таким чином, для шарів поруватого ІnР спостерігається значний зсув основної смуги ФЛ в короткохвильову область спектру. Відсутність контакту поруватого ІnР з атмосферним киснем дає можливість виключити із розгляду причину, пов'язану з різного роду оксидами на поверхні поруватих зразків та їх вклад у процеси випромінювальної рекомбінації. Різке розширення смуги ФЛ поруватого ІnР пов'язано, з одного боку з флуктуаціями країв енергетичних зон в поруватому матеріалі. Крім того, в цьому випадку 50341 4 має місце розмірне квантування енергії носіїв заряду в результаті утворення нанооб'єктів з приблизно однаковими розмірами стовпців поруватої структури. Як наслідок, у спектрах фотолюмінісценції спостерігається адитивна суперпозиція вузьких смуг від квантових переходів в об'ємнообмежених шарах дещо відмінних розмірів, що сприяє значному короткохвильовому зсуву максимуму основної смуги (через квантування) і загальному розширенню смуги (через люмінесценцію в наборі квантових стовпців різних діаметрів). Фіг. 2. демонструє спектр ФЛ нанопоруватого шару фосфіду індію, отриманого анодним травленням при j=30 мА/см2, t=10 xB. Зміна енергії переходу, обумовлена розмірним квантуванням, може бути представлено у вигляді: Ed Eg h2 2 2d 1 1 m* e * mh 3.572e2 d 0.496 2e4 1 h 1 1 m* e 2 2 * mh (1) де * m* і mh - ефективні маси електронів і дірок, e відповідно. При m* e температурі 300 К, Eg 134 eB , , * 0,073 і mh 0,4 . Друга складова в рівнянні (1) є енергією розмірного квантування електронів та дірок, тоді як третя та четверта складові відображають: а) енергію електричного походження - енергію кулонівської взаємодії між зарядженими частинками та б) енергію неелектричного походження - енергію обмінної взаємодії між носіями заряду відповідно. Ця формула дозволяє обчислити діаметр нанокристалітів, отриманих шляхом електролітичного травлення монокристалічного фосфіду індію. Фотолюмінісценція показала, що розмір нанокристалітів складає приблизно 3,5-6 нм у діаметрі. Ці спостереження в сукупності з відомими результатами мікроскопічних досліджень свідчать про те, що отримані в результаті електрохімічного травлення шари представляють собою поруваті утворення, що складаються в основному з ІnР. Енергетичне положення смуг ФЛ не залежить від типу матеріалу монокристалічного ІnР, концентрації носіїв заряду та його вихідної дефектності. Навіть незначна дисперсія діаметрів дротів обумовлює значне розширення елементарних смуг ФЛ. Особливо значне уширення смуг ФЛ спостерігається для більших по розмірах неоднорідностей структури поруватого ІnР. Має місце чітка кореляція між енергією в максимумі елементарної смуги випромінювання та найбільш ймовірним значенням діаметру дроту. З ростом діаметру дроту енергія в максимумі елементарної смуги випромінювання зменшується. Перелік фігур креслення: 1. Фотолюмінісценція нанопоруватого шару ІnР, отриманого електрохімічним травленням при j=30 мА/см2, t=5 xB. 2. Фотолюмінісценція нанопоруватого шару ІnР, отриманого електрохімічним травленням при j=30 мА/см2, t=10 xB. 5 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 50341 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601