Взаємодія поверхні CdTe різної кристалографічної орієнтації з розчинами на основі І2 та H2O2-HI - Автореферат

Анізотропія напівпровідникового монокристалу зумовлює різницю у швидкостях адсорбції компонентів травника на його поверхні, а також різницю в швидкостях вивільнення заряду, що в значній мірі може впливати на характер та швидкість процесів розчинення. Залежність швидкості травлення від орієнтації не є загальним правилом, але для площин з малими індексами швидкість процесу розчинення корелює з густиною „розірваних” звязків на поверхні кристалу. Тому необхідно більш детально вивчити процеси хімічної взаємодії монокристалів CDTE з поверхнею, орієнтованою у напрямках [111]А, [111]В, [110], [100], з розчинами на основі елементарного іоду та іодвиділяючими травильними композиціями. хімічний розчин іодвмісний Дослідити концентраційні і температурні залежності швидкості розчинення, а також її залежності від швидкості перемішування розчину, вивчити особливості хімічної взаємодії монокристалів CDTE, орієнтованих у напрямках [111]А, [111]В, [110], [100], із іодвмісними (І2-розчинник) та іодвиділяючими розчинами Н2О2-НІ-розчинник з використанням методу диску, що обертається; Визначено кінетичні обмеження і механізм взаємодії різноорієнтованих монокристалів CDTE із іодвмісними розчинами двох систем І2-розчинник та шести іодвиділяючих систем Н2О2-НІ-розчинник методом диску, що обертається.У першому розділі дисертації проведено літературний огляд питань, що стосуються проблем хімічної обробки поверхні телуридів цинку, кадмію та меркурію травниками на основі сполук іоду, а також впливу орієнтації поверхні монокристалів на швидкість процесів розчинення, формування полірованої поверхні та вияв селективної дії травників. Для цього проводили експериментальне визначення залежності швидкостей травлення від складу травників, на основі якого за допомогою методу математичного планування експерименту на симплексах, були побудовані ізолінії швидкостей розчинення. Механізм взаємодії визначали шляхом експериментального дослідження впливу швидкості обертання диску на швидкість травлення і графічної побудо-ви залежності у координатах v-1 ~ г-1/2 (оскільки 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). У третьому розділі приведено результати досліджень хімічного травлення монокристалів CDTE з поверхнею, орієнтованою у напрямках [111]А, [111]В, [110], [100], іодвмісними розчинами в інтервалі концентрацій: 3-14 мас.% І2 в СН3ОН та 2-25 мас.% І2 в ДМФА. В залежності від вмісту іоду в ДМФА спостерігається незначна зміна співвідношення швидкостей травлення поверхні CDTE різної орієнтації: в розведених розчинах (2-5 мас.% І2 в ДМФА) швидкість травлення різних площин незначно зменшується в ряду: (100)>(110)>(111)В, а при збільшенні концентрації до 20-25 мас.% І2 в ДМФА порядок змінюється: (111)В>(110)>(100).Вперше встановлено характер та кінетичні закономірності хімічного розчинення поверхні CDTE, орієнтованої по кристалографічних напрямках [111]А, [111]В, [110] і [100], в іодвмісних та іодвиділяючих розчинах Н2О2-НІ-органічний розчинник. Вперше показано, що на швидкість і характер хімічного розчинення монокристалів CDTE в травниках H2O2-HI-розчинник впливає орієнтація його поверхні, склад та природа компонентів травника, а розміри областей поліруючих розчинів для кристалів досліджуваних орієнтацій зростають в ряду: СВЕУ (100) Б СВЕУ (111)А Б СВЕУ (111)В Б СВЕУ (110) Вперше встановлено вплив органічних розчинників на хімічне травлення різноорієнтованої поверхні CDTE і показано, що концентраційний інтервал поліруючих розчинів Н2О2-НІ-розчинник збільшується при заміні розчинників в ряду: метанол>етиленгліколь>лактатна кислота>тартратна кислота>цитратна кислота/етиленгліколь>цитратна кислота. Підтверджено існування компенсаційного ефекту в кінетиці хімічного травлення CDTE розчинами на основі сполук іоду і встановлено, що на характер компенсаційної залежності впливає склад і природа цих травників, а впливу орієнтації напівпровідникового кристалу не виявлено.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Вперше встановлено характер та кінетичні закономірності хімічного розчинення поверхні CDTE, орієнтованої по кристалографічних напрямках [111]А, [111]В, [110] і [100], в іодвмісних та іодвиділяючих розчинах Н2О2-НІ-органічний розчинник. Побудовано поверхні однакових швидкостей травлення, визначено межі існування областей поліруючих, селективних та неполіруючих розчинів.

2. Вперше показано, що на швидкість і характер хімічного розчинення монокристалів CDTE в травниках H2O2-HI-розчинник впливає орієнтація його поверхні, склад та природа компонентів травника, а розміри областей поліруючих розчинів для кристалів досліджуваних орієнтацій зростають в ряду: СВЕУ (100) Б СВЕУ (111)А Б СВЕУ (111)В Б СВЕУ (110)

3. Вперше встановлено вплив органічних розчинників на хімічне травлення різноорієнтованої поверхні CDTE і показано, що концентраційний інтервал поліруючих розчинів Н2О2-НІ-розчинник збільшується при заміні розчинників в ряду: метанол>етиленгліколь>лактатна кислота>тартратна кислота>цитратна кислота/етиленгліколь>цитратна кислота.

4. Методами мікроструктурного і профілографічного аналізів та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії досліджено стан поверхні CDTE і встановлено її стехіометричний склад після травлення розробленими травильними композиціями.

5. Підтверджено існування компенсаційного ефекту в кінетиці хімічного травлення CDTE розчинами на основі сполук іоду і встановлено, що на характер компенсаційної залежності впливає склад і природа цих травників, а впливу орієнтації напівпровідникового кристалу не виявлено.

6. Розроблено методику хімічного полірування напівпровідників типу AIIBVI іодвиділяючими розчинами H2O2-HI-С6Н8О7, H2O2-HI-С4Н6О6 та H2O2-HI-С6Н8О7/ЕГ, яку доцільно застосувати для формування полірованих поверхонь з нанорозмірним мікрорельєфом. Запропоновано технологічну схему формування очищеної від оксидів телуру поверхні CDTE та твердих розчинів Cd1-XZNXTE з використанням іодвиділяючих водних розчинів Н2О2-НІ-розчинник.

7. Запропоновано серію іодвмісних та іодвиділяючих травників для різних технологічних обробок поверхні монокристалів CDTE різної орієнтації, оптимізовано їх склади, а також методики і режими хімічної модифікації поверхні. Вони успішно використовуються в наукових лабораторіях Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАНУ, Чернівецького національного університету ім. Юрія Федьковича та Інституту фізики при Карловому університеті (м. Прага, Чехія).

1. Томашик З.Ф., Иваницкая В.Г., Томашик В.Н., Фейчук П.И., Щербак Л.П. Влияние кристаллографической ориентации монокристаллов CDTE на закономерности их химического травления в растворах иода в диметилформамиде // Журн. неорг. химии. - 2005. - Т. 50, № 11. - С. 1765 - 1768.

Дисертантом вивчено кінетичні закономірності травлення монокристалів CDTE з різною орієнтацією поверхні в розчинах І2-ДМФА.

2. Іваніцька В.Г., Томашик З.Ф., Фейчук П.І., Щербак Л.П., Томашик В.М. Взаємодія монокристалічного CDTE різної кристалографічної орієнтації з розчинами системи І2-СН3ОН // Вопросы химии и хим. технологии.- 2006. - № 3. - С.15-18.

Дисертантом досліджено концентраційні залежності швидкостей травлення в розчинах І2-метанол.

3. Томашик З.Ф., Іваніцька В.Г., Томашик В.М., Фейчук П.І. Взаємодія кадмій телуриду з йодвиділяючими розчинами потрійної системи H2O2-HI-етиленгліколь // Науковий вісник ЧНУ. - Вип. 307 - Хімія. - Чернівці: ЧНУ. - 2006. - С. 136-141.

Дисертантом досліджено хімічну взаємодію поверхні CDTE з розчинами H2O2-HI- етиленгліколь, визначено межі областей поліруючих розчинів.

4. 4. Иваницкая В.Г., Томашик З.Ф., Томашик В.Н., Фейчук П.И., Моравец П., Франц Я. Влияние кристаллографической ориентации CDTE на его травление иодвыделяющими смесями Н2О2 - НІ - С6Н8О7/этиленгликоль // Конденсир. среды и межфаз. границы. - 2007. - Т.9, №1. - С. 47-52.

Дисертантом проведено хіміко-динамічне полірування монокристалів CDTE в розчинах системи Н2О2 - НІ - С6Н8О7/этиленгліколь.

5. 5. Ivanitska V.G., Moravec P., Franc J., Tomashik Z.F., Feychuk P.I., Tomashik V.M., Shcherbak L.P., Masek K., Hцschl P. Chemical etching of CDTE in aqueous solutions of H2O2-HI-citric acid // J. Electron. Mater. - 2007. - V. 36, №8. - P. 1021-1024.

Дисертант приймала участь в дослідженні та проведенні оптимізації травильних розчинів.

6. 6. Іваніцька В.Г., Щербак Л.П. Дослідження кінетики розчинення кристалів CDTE в розчинах системи І2-метанол // Збірник наук. праць: Х наук. конф. “Львівські хімічні читання. - 2005”. - Львів (Україна): Видавн. центр Львів. нац. університету ім. Івана Франка. - 2005. - С. Ф106.

Дисертантом встановлено вплив орієнтації на швидкість травлення.

7. 7. Томашик В.М., Іваніцька В.Г., Томашик З.Ф. Вплив кристалографічної орієнтації CDTE на хімічне травлення розчинами йоду в диметилформаміді // Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали Х Міжн. конференції. - Ів.-Франківськ (Україна) - 2005. - Том. 1. - С. 218-219.

Дисертантом досліджено концентраційну залежність швидкості взаємодії монокристалів CDTE з активними компонентами розчину.

8. 8. Ivanitska V., Tomashik Z., Feychuk P., Tomashik V., Shcherbak L. Interaction of the different orientation CDTE single crystals with the iodine emerging solutions of the H2O2-HI-glycol system // XIITH International Seminar on Physics and Chemistry of Solids. - Lviv. - 2006. - P. 121.

Дисертантом вивчено кінетичні характеристики і вплив на них орієнтації поверхні при хімічному травленні CDTE в розчинах H2O2-HI-етиленгліколь.

9. 9. Ivanitska V.G., Moravec P., Franc J., Tomashik Z.F., Feychuk P.I., Tomashik V.M., Shcherbak L.P. Chemical polishing of CDTE in water solutions of H2O2-HI-citric acid // The 2006 U.S. Workshop on the Physics and Chemistry of II-VI Materials. - Newport Beach, California (USA). - 2006. - P. 41-42.

Дисертантом встановлено межі існування області поліруючих травильних розчинів, проведено ХДП поверхні CDTE розчинами H2O2-HI-С<6Н8О7.>10. 10. Иваницкая В.Г., Томашик З.Ф., Фейчук П.И., Моравец П., Томашик В.Н., Франц Я. Травление монокристаллов CDTE различной ориентации иодвыделяющими растворами Н2О2-НІ-С6Н8О7/этиленгликоль // III Всероссийская конференция “Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах (ФАГРАН-2006)”. - Воронеж (Россия). - 2006. - С. 529-532.

Дисертантом досліджена концентраційна та температурна залежності швидкості травлення CDTE водними розчинами Н2О2-НІ-С6Н8О7/этиленгліколь.

11. 11. Томашик В.М., Іваніцька В.Г., Томашик З.Ф., Фейчук П.І., Моравец П., Франц Я. Особливості хімічного травлення монокристалів CDTE різної кристалографічної орієнтації розчинами на основі І2 та Н2О2-НІ // Фізика і технологія тонких плівок та наносистем. Матеріали ХІ Міжн. конференції. - Ів.-Франківськ (Україна) - 2007. - Том. 1. - С. 49-51.

Дисертантом запропоновано склади травильних розчинів на основі системи Н2О2-НІ для хімічної обробки поверхні монокристалів CDTE.

12. 12. Іваніцька В.Г., Томашик З.Ф., Томашик В.М., Фейчук П.І., Моравец П., Франц Я. Взаємодія CDTE різної кристалографічної орієнтації з травильними композиціями Н2О2-НІ-СН3ОН // Збірник наук. праць: ХІ наук. конф. “Львівські хімічні читання. - 2007”. - Львів (Україна): Видавн. центр Львів. нац. університету ім. Івана Франка. - 2007. - С. Н 34.

Дисертантом проведено ХДП зразків кадмій телуриду, оптимізовано склади розчинів для поліруючого травлення напівпровідникового матеріалу.