Встановлення впливу окисника і розчинника на швидкість хімічного розчинення, поліруючих властивостей розчинів та якість полірованої поверхні InAs, InAs(Sn), InSb та GaAs. Неорганічна обробка поверхні монокристалів та плівок напівпровідникових матеріалів.
Аннотация к работе
Для вирішення вказаних проблем, як на окремих етапах технологічного процесу виробництва матеріалів і структур, так і для дослідження реальної поверхні і структури напівпровідників, потрібно застосовувати відповідні травильні композиції, які забезпечують вирівнювання шорсткості поверхні та високу структурну досконалість зразків. Важливо також знати роль і вплив основних компонентів травильної композиції, їх взаємодії, участі у формуванні складу та властивостей поверхні напівпровідника, зокрема, границі розподілу фаз, а також ролі і впливу гідродинамічних умов. Роботу виконано згідно з тематикою та планами наукових досліджень Інституту фізики напівпровідників НАН України, зокрема за держбюджетними темами: “Розробка фізико-хімічних основ технології створення та функціональної діагностики кристалів і структур (приладів) для реєстрації та перетворення енергії інфрачервоного випромінювання на базі напівпровідникових сполук і вузькощілинних твердих розчинів” (1995-1999 рр, № держреєстрації 0195U010992) та “Фізико-технологічні дослідження напівпровідникових систем інфрачервоної мікрофотоелектроніки” (2000-2002 рр., № держреєстрації 0100U000118), одним з виконавців якої була автор дисертаційної роботи. Для досягнення поставленої мети необхідно було розвязати наступні задачі: - дослідити кінетику (концентраційні і температурні залежності швидкості розчинення) та закономірності фізико-хімічної взаємодії нелегованого INAS та легованого оловом INAS, INSB та GAAS з розчинами систем HBR - HNO3(H2O2, K2Cr2O7) - розчинник з використанням методу диску, що обертається; Досліджено кінетику і механізм розчинення нелегованого INAS та INSB в розчинах одинадцяти потрійних систем HBR - HNO3(H2O2, K2Cr2O7) - розчинник та легованого оловом INAS і GAAS в розчинах семи потрійних систем HBR - HNO3(H2O2) - розчинник та побудовано 36 поверхонь однакових швидкостей травлення (діаграм Гіббса) з виділенням в кожній системі областей поліруючих розчинів.Для зясування механізму процесу розчинення вимірювали залежність швидкості розчинення від швидкості обертання диску в координатах н-1 ~ г-1/2 н-1= 1/KC0 a/DC0 г-1/2 де н - швидкість травлення, г - швидкість обертання диску, k - константа швидкості, С0 - концентрація активного компонента, D - коефіцієнт дифузії компонента в розчині, а - стала) та від температури в координатах ln н ~ 1/T (за рівнянням Арреніуса). Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням розчинення нелегованого та легованого оловом INAS, INSB та GAAS в розчинах систем HNO3 - HBR-розчинник, де розчинником були використані диметилформамід (ДМФА), лактатна кислота та етиленгліколь (ЕГ). В залежності від величини співвідношення концентрацій [HNO3]/[HBR] в конкретному розчині бром, що виділяється, може або розчинятися в надлишку HBR (можливе утворення складних сполук [Br(Br2)1-2]-), утворюючи композиції, подібні за складом і властивостями до розчинів Br2 в HBR, або видалятися із розчину. Аналіз експериментальних даних дає змогу зробити висновок, що поступова заміна ДМФА на лактатну кислоту та ЕГ в травильних композиціях HNO3 - HBR - розчинник веде до підвищення швидкості травлення та розширення області поліруючих розчинів, досягаючи у випадку ЕГ ~ 60% від всього інтервалу досліджуваних розчинів, причому якість полірованої поверхні покращується, а область розчинів, які формують поверхню типу “лимонная корка” одночасно зменшується. Досліджені кінетичні закономірності процесу розчинення (залежності швидкості травлення від швидкості обертання диску та температури) INAS, INAS(Sn), INSB та GAAS в розчинах систем HNO3 - HBR - розчинник свідчать, що в композиціях з високою концентрацією HBR та розчинника процес розчинення лімітується стадією дифузії, а додавання окисника поступово переводить процес в кінетичну область.Досліджено характер фізико-хімічної взаємодії INAS, INSB та GAAS з бромвиділяючими розчинами систем HBR - HNO3(H2O2, K2Cr2O7) - розчинник, побудовано поверхні рівних швидкостей травлення (діаграми Гіббса) та визначено межі існування областей поліруючих та неполіруючих розчинів. Показано, що використання HNO3 як окисника в складі бромвиділяючих розчинів сприяє формуванню травильних композицій з великою (300-510 мкм/хв) швидкістю розчинення INAS, INAS(Sn), INSB та GAAS, а заміна HNO3 на H2O2 або K2Cr2O7 приводить до різкого зменшення (0,5-19 та 0,1-6 мкм/хв відповідно) швидкості травлення вказаних напівпровідникових матеріалів. Визначено, що у випадку систем HNO3 - HBR - розчинник найкращі поліровані поверхні отримуються при використанні етиленгліколю, у випадку систем H2O2 - HBR - розчинник - при застосуванні лактатної кислоти, а в системах K2Cr2O7 - HBR - розчинник - при використанні оксалатної кислоти.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
1. Досліджено характер фізико-хімічної взаємодії INAS, INSB та GAAS з бромвиділяючими розчинами систем HBR - HNO3(H2O2, K2Cr2O7) - розчинник, побудовано поверхні рівних швидкостей травлення (діаграми Гіббса) та визначено межі існування областей поліруючих та неполіруючих розчинів.
2. Показано, що використання HNO3 як окисника в складі бромвиділяючих розчинів сприяє формуванню травильних композицій з великою (300-510 мкм/хв) швидкістю розчинення INAS, INAS(Sn), INSB та GAAS, а заміна HNO3 на H2O2 або K2Cr2O7 приводить до різкого зменшення (0,5-19 та 0,1-6 мкм/хв відповідно) швидкості травлення вказаних напівпровідникових матеріалів.
3. Встановлено вплив різних органічних розчинників (етиленгліколь, диметилформамід, ЕДТА, ацетатна, оксалатна, лактатна та цитратна кислоти) та хлоридної кислоти на процес хімічного травлення INAS, INSB та GAAS і поліруючі властивості розчинів. Визначено, що у випадку систем HNO3 - HBR - розчинник найкращі поліровані поверхні отримуються при використанні етиленгліколю, у випадку систем H2O2 - HBR - розчинник - при застосуванні лактатної кислоти, а в системах K2Cr2O7 - HBR - розчинник - при використанні оксалатної кислоти.
4. Показано, що легування оловом сильно впливає на швидкість та характер розчинення індій арсеніду, що може бути пояснено сповільнюючою дією сполук стануму, які утворюються в процесі хімічного травлення, на процес хімічного розчинення основного матеріалу. Вірогідно, що на характер травлення напівпровідникових сполук повинні впливати й інші домішки.
5. Для хімічної обробки легованого оловом INAS, INSB та GAAS вперше запропоновано використовувати новий клас травильних розчинів: бромвиділяючі травильні композиції, у яких бром виділяється в результаті взаємодії між компонентами композиції, а його вміст може до певної міри регулюватись введенням різноманітних розчинників.
6. Встановлено існування компенсаційної залежності в кінетиці хімічного травлення нелегованого та легованого оловом INAS, INSB та GAAS в розчинах систем HBR - HNO3(H2O2, K2Cr2O7) - розчинник.
7. На основі кінетичних досліджень, результатів металографічного та профілометричного аналізів розроблено серію бромвиділяючих травильних композицій для різних технологічних обробок INAS, INAS(Sn), INSB та GAAS (полірування, селективне травлення) та оптимізовано склади травників і технологічні режими проведення операцій хімічної обробки вказаних матеріалів.
Список литературы
1. Томашик З.Ф., Даниленко С.Г., Томашик В.Н., Кусяк Н.В. Взаимодействие арсенида и антимонида индия с водными растворами азотной кислоты // Неорган. материалы. - 2000. - Т. 36, № 2. - С. 153-156.
2. Томашик В.М., Томашик З.Ф., Кусяк Н.В. Хімічне травлення нелегованого та легованого INAS в розчинах системи HNO3-HBR-етиленгліколь // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т.2, №4. - С.631-636.
3. Tomashik Z.F., Kusiak N.V., Tomashik V.N., Danylenko S.G. Polishing of INSB in K2Cr2O7 - HBR - HCL (oxalic acid) solutions // Proceeding of SPIE. - 2001. - Vol. 4355. - P. 294-298.
4. Томашик З.Ф., Кусяк Н.В., Томашик В.Н., Даниленко С.Г. Химическое травление арсенида индия растворами системы K2Cr2O7 - HBR - щавлевая кислота // Конденсир. среды и межфазные границы. - 2001. - Т.3, №1. - С. 14-17.
5. Томашик В.Н., Кусяк Н.В., Томашик З.Ф. Химическое травление нелегированного и легированного арсенида индия в растворах системы HNO3-HBR-ДМФА// Оптоэлектроника и полупроводн. техника. - 2001. - Вып.36. - С.112-117.
6. Кусяк Н.В., Томашик З.Ф., Томашик В.Н., Даниленко С.Г. Растворение арсенида и антимонида индия в системе K2Cr2O7-HBR-HCL-H2O // Укр. хим. журнал. - 2002. - Т.68, №1. - С.11-14.
7. Томашик З.Ф., Кусяк Н.В., Томашик В.Н. Химическое травление INAS, INSB и GAAS в растворах системы Н2О2 - HBR // Неорган. материалы. - 2002. - Т.38, №5. - С. 535-538.
8. Tomashik Z.F., Kusiak N.V., Danylenko S.G., Tomashik V.N. Chemical etching of INAS and INSB in the K2Cr2O7 - HBR - tartric acid solutions // Third Intern. School-Conf. “Physical Problems in Material Science of Semiconductors”. - Abstracts Booklet. - Chernivtsi. - 1999. - P.64.
9. Томашик З.Ф., Томашик В.М., Даниленко С.Г., Кусяк Н.В. Вплив комплексоутворювачів на розчинення антимоніду та арсеніду індію в розчинах HNO3-HCL // VII Міжн. конф. “Фізика і технологія тонких плівок”. - Матеріали конференції. - Ів.-Франківськ. - 1999. - C.118.
10. Tomashik V.N., Kusiak N.V., Tomashik Z.F., Danylenko S.G. Polishing of indium antimonide in the K2Cr2O7 - HBR - HCL and K2Cr2O7 - HBR - oxalic acid solutions // Fifth Intern. Conf. “Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics”. - Abstracts Booklet. - Kyiv. - 2000. - P.112.
11. Томашик З.Ф., Кусяк Н.В., Томашик В.М. Вплив легування на хімічне травлення арсеніду індію в бромвиділяючих розчинах // VIII Міжн. конф. з фізики і технології тонких плівок. - Матеріали конференції. - Івано-Франківськ. - 2001. - C.158-159.
12. Томашик В.М.. Гриців В.І., Томашик З.Ф., Кусяк Н.В., Чернюк О.С. Хімічне травлення антимонідів галію та індію в кислотних розчинах пероксиду водню // Там же. - С.- 160-161.
13. Томашик З.Ф., Кусяк Н.В., Томашик В.М., Даниленко С.Г. Компенсаційний ефект в кінетиці хімічного травлення арсеніду та антимоніду індію // VIII Наук. конф. “Львівські хімічні читання-2001”. - Збірник наукових праць. -Львів.- 2001. - C. Н20.
14. Гриців В.І., Кусяк Н.В., Чернюк О.С., Мельничук В.Г. Хімічна взаємодія GASB та INSB в розчинах систем Н2О2-HCL-CH3COOH (лактатна кислота) // Там же. - C. Н29.
15. Томашик В.Н., Кусяк Н.В., Томашик З.Ф. Химическое растворение GAAS в растворах системы H2O2- HBR - молочная (лимонная) кислота // XV Укр. конф. з неорган. хімії. - Київ. - 2001. - C.284.
16. Білевич Є.О., Кусяк Н.В., Гуменюк О.Р. Обробка напівпровідникових сполук AIIBVI та AIIIBV в бром та йодвиділяючих розчинах // Конф. молодих вчених, співшукачів та аспірантів “IEP - 2001”. - Ужгород. - 2001. - C.71.
17. Tomashik Z.F., Bilewich Y.O., Kusiak N.V., Gumeniuk O.R. Using the Gibbs diagrams in the chemical etching of semiconductors // 6th Intern. School-Conf. “Phase Diagrams in Materials Science”. - Kiev. - 2001. - P.86.
18. Tomashik Z.F., Kusiak N.V., Tomashik V.N. Polishing of indium antimonide in the Н2О2 - HBR - organic acid solutions // Sixth Intern. Conf. “Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics”. - Kyiv. - 2002. - P.84.