Взаємодія CdTe, CdxHg1-Xte, GaAs та InAs з водними розчинами H2O2–мінеральна кислота–розчинник - Автореферат

В процесі створення різноманітних приладів часто постає проблема сумісного травлення цих матеріалів, причому виникає необхідність контрольовано і з дуже малою швидкістю видаляти шари окремих напівпровідникових матеріалів товщиною від 1 мкм, а іноді і десятків нанометрів, коли структура складається з декількох тонких шарів різних сполук, що мають дуже схожі хімічні властивості. Травильні суміші на основі водних розчинів гідроген пероксиду та деяких мінеральних і органічних кислот згідно проведених нами попередніх досліджень виявились перспективними і можуть стати основою при створенні широкого спектра як високоселективних, так і поліруючих травників з малими швидкостями травлення для хімічної обробки (полірування, пасивації) поверхні напівпровідників AIIBVI і AIIIBV та для розробки технологічних операцій хімічного травлення гетероструктур на їх основі. Аналіз літературних даних показав, що систематичні дослідження характеру фізико-хімічної взаємодії напівпровідників GAAS та INAS з розчинами H2O2-мінеральна кислота - розчинник проводились недостатньо, а для CDTE і твердих РОЗЧИНІВСDXHG1-XTE вони практично відсутні, тому необхідно було більш детально вивчити процеси хімічної взаємодії цих матеріалів з вказаними травильними композиціями. Для досягнення поставленої мети необхідно було розвязати наступні завдання: · дослідити концентраційні і температурні залежності швидкості розчинення та встановити основні закономірності фізико-хімічної взаємодії CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS з водними розчинами H2O2-HNO3(HCL, H2SO4, H3PO4) та H2O2-HNO3(HCL)-розчинник з використанням методу диску, що обертається; · побудувати поверхні однакових швидкостей розчинення (діаграми Гіббса) CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS в травильних сумішах H2O2-HNO3(HCL)-розчинник із застосуванням математичного планування експерименту (метод симплексних граток Шеффе), встановити концентраційні границі поліруючих, і неполіруючих в досліджуваних системах та вплив на них природи розчинника;Проаналізовано і узагальнено теоретичні і експериментальні роботи з питань фізико-хімічної взаємодії напівпровідникових сполук типу AIIIBV і AIIBVI з травильними сумішами на основі водних розчинів H2O2, мінеральних та органічних кислот і розчинників, а також визначено основні напрямки досліджень. Значну увагу присвячено впливу травильних композицій в залежності від природи складових компонентів та їх вмісту на характер взаємодії з напівпровідниками та стан одержаної поверхні, а також підбору складу розчинів і режимів обробки. Швидкість розчинення кристалу виражається рівнянням: v-1 = 1/KC0 (a/DC0)g-1/2, де k - константа швидкості реакції; C0 - концентрація активного компонента; D - коефіцієнт дифузії компонента в розчині; a - стала. Вибір компонентів травника та підбір їх співвідношення, а також оптимізацію складів травильних композицій проводили за даними експериментів, будуючи діаграми Гіббса склад розчину-швидкість травлення із застосуванням математичного планування експерименту на сімплексах. Концентраційна залежність vtp GAAS в водних розчинах H2O2-HNO3 (рис.1, б) характеризується наявністю двох піків при різному молярному співвідношенні компонентів в травильній суміші, а значення vtp коливаються в межах 0,5-23 мкм/хв.Вперше встановлено характер фізико-хімічної взаємодії CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS з водними розчинами H2O2-HNO3 (HCL, H2SO4, H3PO4) та H2O2-HNO3 (HCL)-розчинник, визначено концентраційні залежності та основні кінетичності закономірності швидкості розчинення. Вперше побудувано поверхні однакових швидкостей розчинення (діаграми Гіббса) CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS в травильних сумішах H2O2-HNO3(HCL)-розчинник із застосуванням математичного планування експерименту, встановлено концентраційні границі поліруючих і неполіруючих розчинів. Вперше встановлено роль природи органічного розчинника в складі травильних композицій H2O2-HNO3 (HCL)-розчинник та виявлено звязок між кількістю карбоксильних груп в органічній кислоті, величиною областей поліруючих сумішей, їх полірувальними властивостями, швидкістю розчинення та якістю обробленої поверхні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Вперше встановлено характер фізико-хімічної взаємодії CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS з водними розчинами H2O2-HNO3 (HCL, H2SO4, H3PO4) та H2O2-HNO3 (HCL)-розчинник, визначено концентраційні залежності та основні кінетичності закономірності швидкості розчинення.

2. Вперше визначено, що характер концентраційних залежностей швидкостей розчинення досліджуваних напівпровідникових матеріалів в водних розчинах H2O2-HNO3 (H2SO4, H3PO4) зумовлений утворенням в травильних композиціях пероксокислот HNO4, H2SO5 та H3PO5.

3. Вперше побудувано поверхні однакових швидкостей розчинення (діаграми Гіббса) CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS в травильних сумішах H2O2-HNO3(HCL)-розчинник із застосуванням математичного планування експерименту, встановлено концентраційні границі поліруючих і неполіруючих розчинів. Показано вплив природи напівпровідникових матеріалів і компонентів травильних сумішей та гідродинамічних умов на характер взаємодії і якість полірованої поверхні.

4. Вперше встановлено роль природи органічного розчинника в складі травильних композицій H2O2-HNO3 (HCL)-розчинник та виявлено звязок між кількістю карбоксильних груп в органічній кислоті, величиною областей поліруючих сумішей, їх полірувальними властивостями, швидкістю розчинення та якістю обробленої поверхні.

5. Показано, що для CDTE в сумішах H2O2-HNO3-органічний розчинник величина областей поліруючих розчинів, швидкість і якість полірування зростає при заміні розчинників в ряду: етиленгліколь > лактатна > тартратна > цитратна кислота, а для GAAS та INAS - при заміні розчинників в ряду: лактатна > цитратна > тартратна кислота > етиленгліколь.

6. Встановлено, що при хімічному травленні CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS в сумішах H2O2-HCL-органічний розчинник в розчинах дослідженого інтервалу якість поліровання поверхні покращується при заміні розчинника в ряду: цитратна > тартратна > лактатна кислота > етиленгліколь.

7. Вперше встановлено існування компенсаційної залежності в кінетиці хімічного травлення CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS в водних розчинах H2O2-HNO3 (HCL, H2SO4, H3PO4) та H2O2-HNO3 (HCL)-розчинник і показано, що вона не залежить від природи напівпровідникового матеріалу.

8. Виявлено, що травильні суміші систем H2O2-HNO3 (H3PO4) і H2O2-HNO3-органічний розчинник не розчиняють поверхню монокристалів CDXHG1-XTE, їх запропоновано використовувати при розробці технологічних процесів спільного травлення структур CDTE/Cd0,22Hg0,78Te, коли необхідно видалити CDTE, не ушкоджуючи при цьому Cd0,22Hg0,78Te, а також для пасивації його поверхні.

9. Оптимізовано склади травильних композицій для хіміко-динамічного полірування і хімічного травлення поверхонь CDTE, Cd0,22Hg0,78Te, GAAS та INAS, а також методики і режими хімічної обробки їх поверхні. Розроблені нові травильні композиції та відповідна методика застосовані на заводських зразках в процесі створення робочих елементів ІЧ-фотоприймачів для витравлювання вікон на тонких шарах CDTE, сформованих на епітаксійних шарах твердого розчину Cd0,22Hg0,78Te.