Спосіб виготовлення оксидних кристалітів на поверхні поруватого фосфіду індію

Реферат: UA 80524 U UA 80524 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів виготовлення оксидних кристалітів на поверхні монокристалічного фосфіду індію n-типу, а саме електрохімічного травлення, у результаті чого на поверхні формуються острівки оксидів, що представляють собою кристаліти оксиду індію. Технологічна сумісність власних оксидів з напівпровідниковим матеріалом стимулює інтерес дослідників до задачі шляхів підвищення якості оксидних діелектричних шарів і їх інтерфейсів з використанням різноманітних діагностичних засобів. Відомий спосіб отримання оксиду фосфіду індію (Cheng D.D. The fabrication and characteristics of indium-oxide covered porous InP / D.D. Cheng, M.J. Zheng, LJ. Yao, S.H. He, L.Ma, W.Z. Shen, X.Y. Kong // Nanotechnology. - 2009. - V.20. - 425302. - P. 1-5), в якому оксиди формувалися в три етапи. На першому етапі проводили електрохімічне травлення фосфіду індію з метою одержання поруватого шару. Травлення проводилося в розчині соляної кислоти протягом 30 с. На другому етапі зразки відпалювали в молекулярному кисні при температурі від 400° до 500° протягом 50 хв., третій етап - витримування зразків в електричній печі протягом ще 50 хв. В результаті можна спостерігати систему пор, заповнену оксидами. Однак, цей спосіб не дозволяє отримати кристалічний оксид, до того ж він дуже тривалий в часі. В основу корисної моделі поставлено задачу отримання кристалічного оксиду індію. Доказом виникнення структур може служити зображення, отримане за допомогою растрового електронного мікроскопа (РЕМ зображення) (модель JSM-6490) та хімічний аналіз зразків, зроблений за допомогою методу EDAX. Поставлена задача вирішується тим, що проводять обробку монокристала ІnР шляхом електрохімічного травлення. Для експерименту використовувалися монокристалічні зразки ІnР n-типу з орієнтацією 18 -3 поверхні (111), леговані сіркою до концентрації носіїв 2,310 см . Досліджувані зразки фосфіду індію були вирощені за методом Чохральського в лабораторії компанії «Molecular Technology GmbH» (Берлін). Пластини були вирізані перпендикулярно осі росту і відполіровані з обох сторін. Перед експериментом зразки очищали в етиловому спирті. Порувата поверхня формувалася шляхом анодного електролітичного травлення. Цей метод є найбільш простим, 3 5 ефективним та дешевим для одержання поруватої поверхні напівпровідників групи А В (та інших напівпровідників). Як основа електроліту нами була вибрана плавикова кислота (HF), травники на основі якої є найбільш хімічно активні по пороутворенню в монокристалах 3 5 інтерметалевих сполук А В . Використовувався розчин плавикової кислоти (48%), етилового спирту (С2Н5ОН) та води у відношенні 1:2:1. Також було вибрано режим фіксованої густини 2 струму, яка регулювалася у діапазоні 30-110 мА/см . 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 (5-15) хвилин. Катодом служила пластина платини. Діаметр зворотної поверхні зразка, що контактувала з позитивним полюсом джерела електричної енергії, був значно більшим, ніж діаметр вікна травлення. Експерименти проводилися при кімнатній температурі. Після травлення зразки попередньо промивалися в етиловому спирті, а потім просушувалися на повітрі. Для стабілізації властивостей зразки витримували при нормальних атмосферних умовах протягом декількох днів. Після травлення на поверхні фосфіду індію з'явився поруватий шар товщиною близько 300 мкм. Розмір пор знаходиться в широкому діапазоні - від одиниць нанометрів до десятків мікрон. Такий розбіг діаметрів пор свідчить про те, що порувата поверхня формувалася за двома конкуруючими механізмами. Перший механізм пов'язано з властивістю кристалу розтравлюватися в дефектних та порушених ділянках поверхні (масивні пори). Другий механізм - випадкове, спонтанне пороутворення, що провокує появу пор манометрового розміру. На (111)-поверхні n-ІnР після її електролітичної обробки з'явилися кристаліти розміром 100200 мкм, розміщені хаотично (фіг. 1). Видно, що кристаліти мають досить складну «зірчасту», але відмінну одна від одної в деталях, форму. Їх форма залежить, з нашої точки зору, від типу тих зародкових дефектів, що виходять на (111)-поверхню зразка n-ІnР та створюють умови подальшого пороутворення (розгалуження пор). На фіг. 2 можна спостерігати кристаліти розміром від одиниць до сотень мікрометрів, що утворилися під час селективного травлення фосфіду індію. Хімічний склад даних утворень розглянуто в таблиці 1. Табл. 1 демонструє, що кристаліти складаються з атомів кисню, фтору та індію у відношенні приблизно рівному 1:1:2. Фосфор присутній лише у найменших концентраціях (1%). Це свідчить про те, що частина атомів індію з кристалу ІnР була заміщена іншими атомами (про що також говорить хімічний склад всієї поверхні). Витісненні атоми вступили у взаємодію з електролітом, і 1 UA 80524 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 продукти цієї взаємодії «впали» на поверхню кристала у вигляді кристалітів. За цими результатами можна зробити попередній висновок, що кристаліти представляють собою оксиди індію або більш складні хімічні сполуки. Однозначно говорити про те, які саме сполуки присутні в кристалітах, дуже важко. Мабуть, склад кристалітів визначається наявністю декількох сполук (оксидів, фторидів та ін.) На користь цього припущення свідчить також різний розмір острівців (від одиниць до сотень мікрометрів), шарувата структура, наявність на їх поверхні бульбашок (фіг. 3). Аналізуючи фіг. 3, можна зробити висновок про те, що кристаліти проростали неоднорідними шарами. Товщина нижніх шарів складає одиниці мікрометрів, верхніх приблизно 15-20 мікрометрів. Таким чином, можна стверджувати, що дані структури утворювалися під час травлення внаслідок хімічної реакції між напівпровідником і електролітом. На фіг. 4 очевидно, що кристаліти представляють собою квіткоподібні сполуки, що мають кристалічну структуру. Переважними місцями зростання кристалітів на поверхні фосфіду індію є атомні дефекти, поверхні-ступені, дислокації. У них атоми кристалу (особливо фосфору) слабше пов'язані з підкладкою і можуть бути видалені з власної ґратки під дією електроліту. Використовувана концентрація фтору у складі травника є досить великою, і зображення поверхні не дає уявлення про початкові стадії росту кристалітів. Дослідження, проведені при меншій дозі іонів фтору в травнику, показали, що саме атомні щаблі і їх перетин є центрами утворення острівців. При вивченні анодування n-ІnР (111) у водно-спиртовому розчині плавикової кислоти виявлено явище агломерації кристалітів в гігантські острівці. У результаті утворювалися окремі острівці розмірами у кілька сотень мікрометрів. Ступінь покриття поверхні фосфіду індію кристалітами складає менше 10%. На фіг. 5 наведено фрагменти морфології поруватого фосфіду індію з острівцями, що почали руйнуватися. Руйнування острівців може відбуватися уже в процесі електрохімічного розчинення кристалу. Оксиди індію та фосфору мають високу хімічну стійкість, але під дією сильних кислот (в даному випадку, плавикової кислоти) можуть вступати у хімічну реакцію з електролітом та розчинятися в ньому. Тобто можливий такий сценарій травлення кристала: утворення первинних пор на поверхні фосфіду індію - подальше пороутворення, яке супроводжується ростом кластерів в результаті дії електроліту на кристал - розчинення кластерів під дією того ж самого електроліту (на цьому етапі процес пороутворення може бути ще доволі активним) - повне розчинення острівців оксидів та завершення процесу пороутворення. З цього випливає, що утворення квіткоподібних кластерів оксидів може бути проміжним етапом в загальному процесі травлення кристала. Дійсно, при часі травлення більше, ніж 25 хвилин, спостерігається майже повне розчинення кластерів та утворення рівномірної сітки пор на поверхні фосфіду індію. Таким чином, за певних умов на поверхні поруватого фосфіду індію утворюються кристалічні оксиди. Формування даних структур логічно пов'язати з присутністю на поверхні кристала дефектів, які можуть служити джерелом утворення острівців оксидів та фторидів. Показано, що формування кластерів оксидів може відбуватися вже під час травлення кристала. Вони можуть істотно впливати на властивості матеріалів. Тому дослідження оксидів на поверхні фосфіду індію є важливою задачею. Крім того, поруваті структури фосфіду індію, вкриті оксидом, можуть знайти застосування при виготовленні біологічних сенсорів. Перелік фігур креслення. На фіг. 1 - зображення РЕМ, що демонструє кристаліти, які утворилися на поверхні монокристалічного n-InP після анодного електролітичного травлення; На фіг. 2 - кристаліти, що утворилися на поверхні поруватого фосфіду індію; На фіг. 3 - форма та структура кристалітів: кристаліти ростуть пошарово, утворюючи на поверхні дрібні бульбашки; На фіг. 4 - квіткоподібні сполуки, що мають кристалічну структуру; На фіг. 5 - руйнування острівців на поверхні поруватого фосфіду індію. Таблиця 1 Процентний склад хімічних елементів, з яких складаються кристаліти Спектр Спектр О 25.72 F 21.28 Ρ 1.02 2 In 51.98 Всього 100.00 UA 80524 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб отримання кристалічного оксиду індію методом електрохімічного травлення, який відрізняється тим, що травлення проводять обробкою монокристалу у розчині кислоти протягом 5-15 хвилин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розчин готовлять за формулою: плавикова кислота (HF), етиловий спирт (С2Н5ОН) та вода (Н2О) у співвідношенні 1:2:1. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що травлення проводять при пропусканні через 2 електрохімічну комірку струму щільністю від 30 до 110 мА/см . 3 UA 80524 U 4 UA 80524 U 5 UA 80524 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 6