Спосіб визначення кристалографічної орієнтації поверхні фосфіду індію

Спосіб визначення кристалографічної орієнтації поверхні фосфіду індію, який включає електрохімічну обробку кристала в розчинах плавикової чи соляної кислот з подальшим спостереженням ямок травлення на скануючому електронному мікроскопі, за формою ямок травлення визначають орієнтацію напівпровідника. (19) (21) u201011543 (22) 28.09.2010 (24) 12.09.2011 (46) 12.09.2011, Бюл.№ 17, 2011 р. (72) СИЧІКОВА ЯНА ОЛЕКСАНДРІВНА, КІДАЛОВ ВАЛЕРІЙ ВІТАЛЬОВИЧ, СУКАЧ ГЕОРГІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ (73) СИЧІКОВА ЯНА ОЛЕКСАНДРІВНА 3 Дислокація - найпоширеніша структурна лінійна недосконалість, що утворює усередині кристалу границю зони зрушення. Дислокації утворюються в процесі росту кристалів, при значних напругах, або при наявності більших температурних градієнтів. У всіх цих випадках відбувається пластична деформація кристалів, яка на мікроскопічному рівні означає ковзання кристалічних площин друг щодо друга. Ковзання відбувається уздовж певних "площин ковзання" і певних "ліній ковзання". Реальні дислокації в кристалах у більшості випадків являють собою комбінацію із крайовий і гвинтовий дислокацій. При хімічному травленні вихід дислокацій на досліджувану поверхню виявляється у вигляді дислокаційної ямки травлення, форма якої визначається орієнтацією поверхні. При використанні селективних травників процес травлення відбувається з різними швидкостями по різних кристалографічних площинах. Фігури травлення, що утворюються при цьому, дозволяють зробити висновок про кристалографічну орієнтацію площин. У кристалах з кубічною елементарною коміркою (у нашому випадку фосфід індію) для основних кристалографічних площин (100) та (111) вони будуть мати вигляд, зображений на фіг. 1. Добре відомо, що рідинне травлення кристалів 3 5 А В травниками, основний компонент яких плавикова або соляна кислота, є анізотропним. Швидкість хімічної реакції між травником і твердим тілом залежить від кристалографічного напрямку. Початкова стадія електрохімічного розчинення однакова для кристалів InP з різною кристалографічною орієнтацією. При накладенні до електролітичної комірки зовнішньої напруги починається травлення тих областей, де спостерігається наявність поверхневих дефектів. При відсутності таких відбувається хаотичний ріст пор по всій поверхні кристалу. Утворюється нерегулярний тонкий шар пор (0,5-5 нм). На наступному етапі починається ріст пор углиб підкладки. На цьому етапі кінетику утвору пор буде визначати кристалографічна орієнтація кристала. На площині (111) дислокаційні ямки у полі мікроскопу виявляються у вигляді темних рівносторонніх або рівнобедрених трикутників (фіг. 2). Масиви пор, що мають трикутну форму, були сформовані на кристалах InP з орієнтацією поверхні (111) у водно-фторидному розчині (фіг. 1). Розмір пор становить від 0,05 до 1 мкм, що означає формування макропористого шару фосфіду індію. У деяких місцях спостерігається більш щільне скупчення пор. Це може бути пов'язане з локалізацією поверхневих дефектів і виходом дислокацій на поверхню кристала. Таким чином, пори для свого росту вибирають пільгові напрямки. У кристалах з орієнтацією поверхні (100) ямки травлення мають форму, близьку до квадратної (фіг. 3). Деякі пори в цьому випадку демонструють круглий поперечний переріз. Це пов'язане з тим, що процес травлення був перерваний раніше, чим відбулося б стоншення стінок пор до утвору квадратних фігур травлення. До того ж, пори утворюються й у місцях виходу дефектів на поверхню кристала. У цьому випадку форма ямок травлення 62573 4 не корелює із кристалографічною орієнтацією випробуваного зразка. На малюнку можна бачити впорядкований ансамбль пор, який утворювався на підкладці з монокристалічного фосфіду індію. Пори проросли по всій поверхні злитка. Розмір пор становить у середньому 40 нм, що свідчить про те, що дана структура є нанорозмірною. Розмір стінок між порами перебуває в межах 5-10 нм. Подібний результат є технологічно важливим, тому що якість пористих плівок визначається розмірами наноструктур, ступенем пористості й рівномірністю розподілу пор по поверхні зразка. Чим менше розмір пор і чим більше відсоток пористості, тим більш якіснішою є пориста структура. Розглянемо процес утворення пор на n-InP (111). Процес росту пор углиб кристалу вповільнюється тим, що напрямку [111], перпендикулярному поверхні підкладки, відповідає найменшій швидкості реакції. Пори, що утворюються, вибирають напрямок під кутом до поверхні кристалу. Фронт травлення в цьому випадку спрямований углиб кристалу. При цьому значна частина енергії процесу пороутворення йде на розтравлювання міжпорових стінок, що приводить до їхнього дроблення й збільшенню їх кількості. Цей ефект спостерігається як при збільшенні щільності струму, так і часу травлення. При високій щільності струму пори можуть розвиватися у два типи: пори, які мають випадковий характер поширення уздовж напрямку і ланцюжок тетраєдних пор (фіг. 4). Для пор n-InP (111) стінки тетраедра містять тільки поверхню {111}А (тобто площина атомів індію). Трикутний відкол прямих пор повинен містити {112} площини. Спонукувані по цих напрямках пори мають трикутний перетин і ограняються поверхнями близькими до площини (211). Трикутна форма пор пов'язана з неможливістю розтравлювання поверхні (211). Фіг. 5 - схематичне зображення такого виду пор. На рисунку представлено основні площини, по яких може відбуватися травлення, а також площини, ограняющие ріст пори. Така схема наочно демонструє механізм зародження ланцюжків тетраєдних пор. Таким чином, при електрохімічному травленні n-InP (111) утворюється пориста структура, що складається з пор, спрямованих уздовж кристалографічних напрямків, які потім вирівнюються в довгі канали, що досягають глибини до 50 мкм. Інша картина спостерігається при формуванні пористих шарів на підкладках n-InP (100). Фронт травлення фосфіду індію такої кристалічної орієнтації просувається вглиб підкладки значно швидше, оскільки напрямку [100], перпендикулярному поверхні кристалу, відповідає максимальна швидкість травлення. При цьому процес розтравлювання стінок між порами ускладнюється тим, що відбувається в напрямках, які характеризуються меншою швидкістю реакції. Одночасно із цим відбувається збільшення вхідних отворів пор. Тонкі стінки пор, що утворюються при цьому, стають стійкими до розчинення. Це приводить до локалізації процесу травлення на дні пор. Внаслідок цього утворюються глибокі довгі канали пор. Процес відтоку продуктів реакції з, що утворюються каналів уповільнюється, що приводить до утруднення 5 вступу в них свіжого розчину електроліту. У результаті цього процес проростання пор углиб зразка вповільнюється. Таким чином, запропонований метод визначення орієнтації поверхні напівпровідника можна охарактеризувати як технологічно простий. Він не потребує спеціальних розрахунків. Такий метод є наглядним, що дозволяє його використовувати у навчальних та наукових цілях, крім того, він дозволяє простежити основні закономірності пороутворення і дослідити механізм цього явища. Слід відмітити, що принциповим при використанні наведеного способу є вибір електроліту, який повинен мати певну селективність по відношенню до поверхні напівпровідника та не утворювати таких продуктів реакції, як оксиди, кластери, складні 62573 6 сполуки. Для фосфіду індію такими травниками є розчини на основі соляної та плавикової кислоти. Перелік фігур креслення Фіг. 1. Схематичне зображення фігур травлення кристалів InP з орієнтацією поверхні (100) і (111). Фіг. 2. Трикутна форма пор, що утворювалися при травленні InP n - типу з орієнтацією поверхні 2 (111), j=50 мА/см , t=10 xB, 20 % розчин HF Фіг. 3. Пори, що мають форму, близьку до правильних чотирикутників: а) Були сформовано на n-InP (100) в 5 % розчині соляної кислоти, j=50 2 мА/см , і=10 хв Фіг. 4. Пори, що ростуть на поверхні (111) InP як вставлені тетраедри Фіг. 5. Схематичне зображення пор, що ростуть як вставлені тетраедри 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 62573 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601