Вісник львів. Ун-ту visnyk LVIV univ. Серія хім. 2004. Вип. 44. С. 82-85 Ser. Khim. 2004. No 44. P. 82-85



Дата20.07.2016
өлшемі204.5 Kb.
#212035

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

VISNYK LVIV UNIV.

Серія хім. 2004. Вип.44. С.82-85

Ser. Khim. 2004. No 44. P.82-85

УДК 621.794.4 : 546.682’19


ВЗАЄМОДІЯ GaAs З РОЗЧИНАМИ СИСТЕМИ

H2O2 – HNO3 – ЕТИЛЕНГЛІКОЛЬ
Е. Лукіянчук, З. Томашик, В. Томашик 1
Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України,

Київ, пр. Науки, 41; e-mail: tomashyk@isp.kiev.ua
Використовуючи методику диску, що обертається, досліджено характер фізико-хімічної взаємодії GaAs з розчинами системи H2O2–HNO3–етиленгліколь та побудовано концентраційну залежність швидкості розчинення. Встановлено кінетику і механізм розчинення та визначено лімітуючі стадії процесу хімічного травлення. Показано, що в дослідженій системі існують області розчинів, які можуть бути використані при розробці травильних композицій для хімічного полірування поверхні GaAs.
Ключові слова: галій арсенід, перекись водню, хімічне травлення, розчинність, полірування.
Хімічна обробка поверхні монокристалічних зразків та плівок GaAs є невід’ємною частиною сучасної напівпровідникової технології при виготовленні різноманітних приладів електронної техніки. Для розроблення травильних композицій на науковій основі треба вивчати закономірності та механізми розчинення напівпровідникових матеріалів у рідких активних середовищах, які можна використати для формування бездефектних і полірованих поверхонь з потрібними структурними та електрофізичними властивостями. Крім того, розробляючи травники, треба враховувати основні закономірності, що визначають кінетику процесу розчинення матеріалів, роль і вплив основних компонентів складу травника, їх участь у формуванні елементного та фазового складу поверхневих шарів і властивостей оброблюваної поверхні [1, 2].

Гідроген пероксид характеризується сильною окиснювальною здатністю, завдяки чому він часто входить до складу різноманітних травильних композицій для хімічної обробки монокристалів напівпровідникових сполук типу АIIIВV. Експериментальних даних з хімічної взаємодії галій арсеніду з розчинами систем на основі гідроген пероксиду та нітратної кислоти в науковій літературі ми не виявили. Попередні дослідження, які ми проводилипід час вивчення хімічного розчинення галій арсеніду в розчинах бінарної системи H2O2–HNO3, показали перспективність використання таких сумішей для розроблення поліруючих травників. Зауважимо, що використання етиленгліколю в складі травильних розчинів на основі системи HNO3–HBr, допомогло сповільнити взаємодію гідроген пероксиду з нітратною кислотою і внаслідок великої в’язкості використовуваного розчинника частково регулювати процес розчинення в таких розчинах індій арсеніду [3]. У зв’язку з цим ми обрали етиленгліколь як модифікатор в’язкості при розробленні поліруючих травильних композицій для галій арсеніду на основі розчинів бінарної системи H2O2–HNO3.



ВЗАЄМОДІЯ GaAs З РОЗЧИНАМИ СИСТЕМИ ...

83

Експериментальні дослідження проводили у відтворюваних гідродинамічних умовах з використанням методики диску, що обертається, на установці для хіміко-динамічного полірування, яке детально описано в працях [4, 5]. Зразки GaAs n-типу були орієнтовані в напрямі [100] та мали площу 0,5 см2, товщину 1,2–1,5 мм. Травильні суміші одержували змішуванням 35 % H2O2 марки х.ч, 70 % HNO3 марки ос.ч. та етиленгліколю марки ч.д.а., після чого їх витримували впродовж 1 год до повного проходження хімічної взаємодії між компонентами, яка супроводжується бурхливим виділенням газу (NO2, NO) та встановленням хімічної рівноваги. В результаті взаємодії компонентів травильної композиції можливе часткове або повне окиснення етиленгліколю. Швидкість розчинення (мкм/хв) визначали шляхом вимірювання товшини зразків до і після травлення за допомогою годинникового індикатора ИЧ-1 (точність 0,5 мкм). Одночасно розчиняли 2-3 зразка, а у випадку невеликих швидкостей травлення процес проводили протягом 5-10 хв.

Діаграму “склад травника – швидкість розчинення” галій арсеніду в розчинах системи H2O2–HNO3–етиленгліколь побудовано при температурі 297 К та  = 86 хв–1 (рис. 1). Склад досліджуваних розчинів (5 – 95 об. % H2O2 в HNO3) зумовлений необхідністю виключити області пасивації та області розчинів з невеликим вмістом однієї кислоти в іншій.

Рис. 1. Концентраційна залежність швидкості травлення GaAs (Т = 297 К та  = 86 хв–1) і області поліруючих (заштрихована) та неполіруючих розчинів у системі H2O2–HNO3– C2H6O2 при співвідношенні компонентів H2O2 : HNO3 : C2H6O2 у вершинах А, В, С: А – 5 : 95 : 0; В – 20 : 20 : 60; С – 95 : 5 : 0.


Як видно з рис. 1, швидкість травлення GaAs перебуває в інтервалі від 1,2 до 11,8 мкм/хв, причому максимальна швидкість розчинення галій арсеніду простежується в області складів концентраційного трикутника з великим вмістом гідроген пероксиду (H2O2 : HNO3 : етиленгліколь = 53,75 : 31,25 : 15), а мінімальна – в сумішах з максимальним вмістом етиленгліколю (H2O2 : HNO3 : етиленгліколь = 20 : 20 : 60).

84

Е. Лукіянчук, З. Томашик, В. Томашик

Проведені кінетичні дослідження дали змогу розділити області розчинів травників за механізмом розчинення та за характером отриманої поверхні хімічно модифікованих підкладок GaAs. У дослідженій системі розчинів існує велика область поліруючих травильних композицій, в яких можна полірувати поверхню монокристалічних зразків GaAs зі швидкістю 1,2 – 11,8 мкм/хв. Зауважимо, що поверхня деяких зразків після травлення в розчинах з малою концентрацією етиленгліколю набувала вигляду полірованої з дрібною “лимонною шкіркою”. При співвідношенні компонентів травника H2O2 : HNO3 : етиленгліколь = 35 : 35 : 30 та


5 : 95 : 0 на поверхні монокристалів галій арсеніду простежується утворення білого осаду (формуються так звані неполіруючі розчини).

Для травильних композицій досліджуваної системи вивчили залежності швидкості розчинення від швидкості обертання диска у координатах v-1 від γ–1/2 (рис. 2). Результати проведених експериментів засвідчили, що для складів з поліруючих областей такі залежності можна екстраполювати або в початок координат (рис. 2, пряма 2), що свідчить про дифузійне лімітування процесу розчинення, або її лінійна екстраполяція відтинає відрізок на осі ординат (рис. 2, пряма 1), що свідчить про змішаний механізм процесу розчинення [1, 2]. При дослідженні температурних залежностей швидкості розчинення GaAs в цих же розчинах уявна енергія активації, розрахована з використанням рівняння Арреніуса ( = Се/RT), не перевищує 35 кДж/моль, що характерно для процесів з дифузійним обмеженням розчинення. Ймовірно, що розбіжність у визначенні обмежуючих стадій розчинення галій арсеніду у випадках розчину 1 зумовлена тим, що в змішаному механізмі переважають дифузійні стадії.



Рис. 2. Залежність швидкості розчинення GaAs у розчинах системи H2O2 : HNO3 : етиленгліколь, що містять (в об. % ) 20 H2O2, 20 HNO3, 60 етиленгліколю (пряма 1) та 31,25 H2O2, 53,75 HNO3, 15 етиленгліколю (пряма 2), від швидкості обертання диска в координатах v–1γ–1/2



ВЗАЄМОДІЯ GaAs З РОЗЧИНАМИ СИСТЕМИ ...

85

Отже, в результаті проведених експериментів досліджено характер взаємодії GaAs з розчинами системи H2O2 – HNO3 – етиленгліколь. Побудовано концентраційну залежність швидкості розчинення (поверхню однакових швидкостей розчинення), виявлено кінетику та з’ясовано механізм розчинення, визначено обмежуючі стадії процесу хімічного травлення. Показано, що в дослідженій системі існують області розчинів, які можуть бути використані при розробленні травильних композицій для хімічного полірування поверхні GaAs.

__________________________


  1. Перевощиков В.А. Процессы химико-динамического полирования поверхности полупроводников. // Высокочистые вещества. 1995. № 2. C. 5-29.

  2. Луфт Б.Д., Перевощиков В.А., Возмилова Л.Н. и др. Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников. – М. : Радио и связь, 1982. – 136 с.

  3. Томашик В.М., Томашик З.Ф., Кусяк Н.В. Хімічне травлення нелегованого та легованого InAs в розчинах системи HNO3 – HBr – етиленгліколь // Фіз. і хім. тв. тіла. 2001. Т. 2. №4. С. 631 – 636.

  4. Венгель П.Ф., Томашик В.Н., Фомин А.В. Растворение InSb в растворах системы Br2 – HBr – H2O // Неорган. материалы. 1996. Т. 32. №1. С. 23–25.

  5. Сава А.А., Томашик В.Н., Фомин А.В. и др. Химическое растворение теллурида кадмия в растворах системы Br2 – HBr // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1989. Т. 25. № 12. С. 1997-2001.


INTERACTION OF GaAs WITH THE SOLUTIONS

OF THE H2O2 – HNO3 – GLYCOL SYSTEM
Е. Lukiyanchuk, Z. Tomashik, V. Tomashik
V.Lashkaryov Institute for Semiconductor Physics of NAS of Ukraine,

Kyiv, Nauki ave., 41; e-mail: tomashyk@isp.kiev.ua
There have been investigated the interaction of gallium arsenide with the solutions of the H2O2 – HNO3 – glycol system. There were constructed concentration dependence of the dissolution rate (the surface of equal dissolution rates), determined the dissolution kinetics , clarified the dissolution nature and defined the limiting stages of the GaAs chemical etching in such solutions. It was shown that there is the solution regions which can be used for the development of the etchant composition for the chemical polishing of the GaAs surface in the H2O2 – HNO3 – glycol system.
Key words: gallium arsenide, hydrogen peroxide, chemical etching, dissolution, polishing.
Стаття надійшла до редколегії 01.11.2003

Прийнята до друку 15.01.2004



1© Лукіянчук Е., Томашик З., Томашик В., 2004


Достарыңызбен бөлісу:




©www.dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет