Спосіб дослідження композиційної неоднорідності структури кристалів фосфіду індію

1. Спосіб дослідження композиційної неоднорідності структури кристалів фосфіду індію, який відрізняється тим, що включає обробку поверхні монокристалічного фосфіду індію шляхом селек C2 1 3 дефекти кремнію, як дислокації, дефекти шарової неоднорідності, кластерні скупчення кисню або надлишкового кремнію, дендрити металів та двійникові ламелі. Проте цей спосіб є дуже громіздким, бо включає в себе декілька самостійних етапів травлення, кожен з яких є достатньо важким в своєму виконанні. В основу винаходу поставлена задача дослідження композиційної неоднорідності структури кристалів ІnР, а саме смуг сегрегації домішки, що утворюються під час вирощування кристалу. Доказом наявності домішкової неоднорідності може служити зображення зразків ІnР після селективного електрохімічного травлення, отримане за допомогою растрового електронного мікроскопу (модель JSM-6490). Поставлена задача вирішується тим, що проводять обробку монокристала ІnР шляхом селективного електрохімічного травлення. Для експерименту нами були використані монокристалічні зразки блочного n-ІnР, вирощеного за методом Чохральского з кристалографічною орієнтацією (111) та концентрацією носіїв заряду 2,3.1018 cм-3, що мали дзеркально-гладку поверхню темно-сірого кольору. Вибір зразків n-типу для експериментів обумовлений тим фактом, що в площині (111) спостерігається висока густина дислокацій розмірами сотні нанометрів в твердих розчинах А3B5, зокрема у ІnР. Зразки очищалися у декілька етапів: шліфування зразків, та обробка поверхні алмазним порошком, поліруюче електрохімічне травлення для отримання дзеркально гладкої поверхні, видалення з поверхні полярних та неполярних забруднень за допомогою толуолу та етилового спирту. Порувата поверхня формувалася шляхом селективного електролітичного травлення. Цей метод є найбільш простим, ефективним та дешевим для дослідження смугастої неоднорідності розподілу компонентів у напівпровідниках типу А3B5, зокрема фосфіду індію. У якості основи електроліту нами була обрана плавикова кислота (HF), травники на основі якої є найбільш хімічно активні по пороутворенню в монокристалах інтерметалічних сполук А3B5 (електронегативність іонів F- в ряду F-, Сl-, Вrє найвищою). Використовувався розчин плавикової кислоти (48 %), етилового спирту (С2H5ОН) та води у відношенні 1:2:1 для n-ІnР. Також було обрано режим фіксованої густини струму 50мА/см2. Напруга змінювалася у діапазоні 2 - 10 В, що достатньо для виникнення і розповсюдження пор в кристалах з порушенням кристалографічної структури, зокрема за рахунок дислокацій. Час травлення складав (10-15) хвилин. Катодом служила пластина платини. Робоча поверхня зразків складала 0,12 см2. Діаметр зворотної поверхні зразка, що контактувала з позитивним полюсом джерела електричної енергії, був значно більшим, ніж діаметр вікна травлення. Під час травлення фосфіду індію на поверхні з'явилися концентричні кільця - темні й світлі смуги 93456 4 (рис.1). За допомогою растрової електронної мікроскопії (РЕМ) вдалося встановити, що темні смуги - це місця більш щільного скупчення пор. Всередині світлих смуг пори теж наявні, але їх кількількість значно менша. Поява кілець пов'язана з технологією вирощування кристалів ІnР, які були вирощені за методом Чохральського. Смугаста неоднорідність розподілу компонентів - дуже поширене явище при вирощуванні монокристалів за методом Чохральського. Поняття «смугастості» відображає картину в прокольному перерізі кристала, та насправді, відповідні області простираються паралельно в двох вимірах в залежності від способу вирощування, температури, процесів переносу, швидкостей обертання та витягування кристалу тощо. Смугастість пов'язана, в першу чергу, з пружними далекодіючими механічними напруженнями, що виникають між розплавом і твердою фазою кристалу. Джерелами цих напружень є також області композиційної та структурної неоднорідності - смуги сегрегації домішок і скупчення дефектів кристалічної ґратки. Композиційна неоднорідність, що проявляється у вигляді суттєвих коливань концентрації домішки в смугах сегрегації, визиває появу дислокацій ґратки. Зниження рівня термопружних напружень послаблює активність джерел дислокацій та понижує однорідність розподілу домішки в об'ємі кристалу. Слід зазначити, що смугастість не завжди легко спостерігати, тому її можна не помітити. Анодне електролітичне травлення монокристалу ІnР дало таку можливість - кільця можна побачити без допомоги мікроскопу - ширина смуги складає приблизно 100 мк (Фіг. 1 та2). Таким чином, композиційна неоднорідність, що проявляється у вигляді суттєвих коливань концентрації сірки у смугах сегрегації, викликає появу дислокацій ґратки. Селективне електрохімічне травлення - ефективний метод дослідження смуг росту кристалу ІnР. У результаті на поверхні досліджуваних кристалів з'явилася картина концентричних темних кілець шириною порядку 100 мкм, які представляють собою місця найбільш щільного скупчення пор. Пори проростають у тих областях, де концентрація сірки максимальна. Це свідчить на користь обраного нами метода для спостереження сегрегаційних явищ у кристалі, які проявляються у вигляді смуг росту. Поява нанообластей з різною концентрацією елементів може призводити до якісної зміни властивостей ІnР. Дефектність кристалів, пов'язана зі смугастою ростовою структурою, впливає на діелектричні властивості кристалів. З точки зору використання даних речовин в оптичних приладах наявність двійникової структури є фактором небажаним. Тому дослідження цього явища є дуже важливим, як з точки зору технології виготовлення кристалів, так і з точки зору вивчення властивостей, пов'язаних з неоднорідністю розподілення компонентів, що входять у склад вирощуваних кристалів. 5 93456 6 Фіг. 1 Зображення поверхні поруватого n-ІnР після травлення в розчині HF: Н2O:С2Н5OH=1:1:2. Фіг. 2. Зображення РЕМ, що демонструє смугасту неоднорідність розподілу компонентів n-ІnР. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Підписне Тираж 23 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