Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Балан А.С., Коноваленко А.А.

Бердянский государственный университет

Фотоелектрохімічне полірування фосфіду індію

Завдання сучасних наук, об’єктом яких є тверде тіло, полягає у встановленні основних закономірностей, режимів, механізмів, за яких можливо одержувати кристали з атомарно чистою поверхнею. Цей напрям отримав назву – полірування, реалізується він хімічними, фізичними, механічними та електрохімічними методами. Слід відмітити, що цей напрям залишає свою актуальність до цього часу та деякі його моменти залишаються до кінця ще не зрозумілими. Зокрема, часто при використанні кожного з методів або комбінуванні їх не вдається отримати дзеркально гладкі бездефектні структури.

Нами запропоновано альтернативний та доволі ефективний метод полірування кристалів фосфіду індію, який постає у використанні фотоелектрохімічного травлення при великий потужності лампи. Існує безліч варіантів – освітлення зворотного боку пластини, розташування джерела опромінення під кутом до зразка, локалізація пучка опромінення по центру, фототравлення при використанні маски і т.д. Крім того, принциповим вважається довжина хвилі використовуваного опромінення, режим (постійний, пульсуючий, змінний у часі та по силі).

Ми використовували звичайну лампу накалювання з різним набором потужностей та рівномірне освітлення робочого боку зразків. Лампа розташовувалася під кутом 45^о до поверхні зразка.

На рис. 1 наведено діаграму залежності максимальної щільності стуму від потужності опромінення. Аналіз діаграми показує значно більші щільності струму, які можливо досягти при розчиненні кристалу у режимі фотополірування. З діаграми видно, що принципове підвищення щільності струму спостерігається при використанні лампи потужністю більш, ніж 80 Вт. Пояснення такої поведінки – у механізмі дії світла на електрохімічний процес.

Рис. 1. Діаграма залежності максимальної щільності стуму від потужності опромінення

Процес фотополірування також принципово залежить від складу травника, умов полірування та стан поверхні. Цікавим є дослідження in situ процесу полірування поруватих зразків для зняття поруватого шару. Процес проводили у розчині бромоводневої кислоти при використанні лампи потужністю 200 Вт та без освітлення (рис. 2). Кожну хвилину процес зупиняли та оцінювали ступінь поруватості зразків (за результатами СЕМ – відношення площі, зайнятої порами до загальної площі зразка). При звичайному травленні динаміка зменшення поруватості носить майже лінійний характер. Це пояснюється, по перше, витравлюванням надлишкового індію, що призводить до вирівнювання поверхні, та, по-друге, пошаровим зняттям поруватої структури - пори мають дещо конічний характер, тому поруватість падає з глибиною. Конічну форму пор можна пояснити з позицій процесу пороутворення – у більш глибокі ділянки проникнення електроліту ускладнюється, до того ж, електроліт з часом збіднюється, що й обумовлює неповне розтравлювання стінок пор по глибині.

Рис.7.7. Залежність поруватості від часу для зразків другої групи, полірованих у режимах освітлення та без нього.

При використанні опромінення зразків спочатку спостерігається підвищення поруватості (з 60 до 90%) протягом 5 хвилин. Це свідчить про те, що поверхня кристалу селективно травиться, при цьому пори втрачають свою рівномірність та впорядкованість. Розміри пор досягають рекордних значень – сотень мікрометрів. При цьому порувата структура нагадує губку. Щільність пор стає настільки великою, а стінки пор настільки тонкими, що поруватий каркас «лопається та розсипається дрібним нанопорошком у розчин електроліту. На графіку ця фаза відповідає ділянці у АБ. Після цього поруватість складає близько 7 % і монотонно зменшується до повного полірування кристалу. Для зразків, що не опромінювалися, після 15 хв травлення так і не вдалося отримати дзеркальну бездефектну поверхню. Поруватість лишилася на рівні 10 %, пори розборсані по поверхні злитку.

Таким чином, продемонстровано , що у разі використання освітлення зразків фосфіду індію під час травлення в розчині бромоводневої кислоти при великій щільності струму стає можливим повне видалення поруватого шару з поверхні кристалу та отримання майже ідеальної бездефектної структури. Це є технологічним питанням, що вимагає від дослідників подальших розробок для ефективного використання напівпровідникових матеріалів.