Сичікова Я.О., Дяденчук А. Ф.

Бердянський державний педагогічний університет

Наноструктури на поверхні фосфіду індію

Фосфід індію (InP) має великі перспективи широкого промислового виробництва. На основі фосфіду індію створюються польові транзистори і інші НВЧ прилади.

Для експерименту нами були використані монокристалічні зразки блочного InP, вирощеного за методом Чохральского з кристалографічною орієнтацією (111), (100) та концентрацією носіїв заряду 2,3∙10¹⁸ см^-3, що мали дзеркально гладку поверхню темно-сірого кольору.

Низькорозмірні структури формувалися методом електрохімічного травлення. У якості електроліту використовували розчини кислот (НF, HCl, HBr) у різних концентраціях. Щільність стуму вибиралася у широкому діапазоні від 30 до 270 мА/см², час травлення – від 2 до 60 хв.

В результаті експерименту на поверхні фосфіду індію було сформовано різні типи наноструктур. В залежності від умов анодування та вихідних характеристик кристалу структури представляли собою наступні класи: поруваті шари, надгратки, текстуровані поверхні, нанокластери (острівки оксидів) та нульмірні структури (по типу квантових точокКрім того, принциповим є тип провідності кристалу, орієнтація поверхні, структурна досконалість.

Поруваті шари

Найбільш дослідженими та технічно вдосконаленими є поруваті структури на поверхні монокристалічних напівпровідників. Однак, різноманіття конфігурацій отриманих поверхневих шарів робить це питання цікавішим та спонукає вчених до більш детального аналізу механізмів процесів самоорганізації поруватих шарів.

Експериментальним шляхом встановлено, що пори формуються переважно на фосфіді індію електронного типу провідності. При цьому пороутворення спостерігається у широкому діапазоні щільності струму та у різних електролітах. Довгий час вважалося, що на кристалах з дірковим типом провідності пороутворення взагалі неможливе. Це зумовлено наступними чинниками. Ріст пори починається в тій точці поверхні пластини, в якій з якої-небудь причини спостерігається висока локальна концентрація дірок. При цьому стінки пори залишаються вертикальними до тих пір, поки не змінюється режим формування або (і) структура самої пластини. Очевидно, що необхідну локальну концентрацію дірок можна створити тільки у тому випадку, якщо вони не є основними носіями, тобто у фосфіді індію n - типу.

1. Нанокластери

Загальновідомо, що поверхня напівпровідників легко окислюється. При цьому можливе утворення суцільних оксидних плівок або острівців оксидів. Цікавим є дослідження кристалічних оксидів. Що утворилися на поверхні поруватого фосфіду індію при витримці його на відкритому повітрі.

На (111)-поверхні n-InP після її електролітичної обробки з’явилися кристаліти розміром 100-200 мкм, розміщені хаотично (рис. 1).

Рис. 1. Зображення РЕМ, що демонструє кристаліти, які утворилися на поверхні монокристалічного n-InP після анодного електролітичного травлення

2. Нульмірні структури

Обробка зразків під час травлення у магнітному полі призводить до того, що на поверхні InP формуються квантові точки In – низькорозмірні структури з просторовим обмеженням носіїв заряду в усіх трьох вимірах Результат досягається тим, що в способі отримання структур In/InP на поверхні пластин фосфіду індію використовують електрохімічне травлення при одночасній обробці в магнітному полі серією симетричних трикутних імпульсів амплітудою В = 0,5 Т з частотою f = 50 Гц. Імпульси магнітного поля формувалися розрядами батареї конденсаторів через низько індуктивний соленоїд.

На рис. 2. зображено морфологію поверхні обробленого кристалу InP. На поверхні кристалу чітко видно утворення кластерів, які розподілені більш-менш регулярно по всій поверхні кристалу. Розмір кластерів складає від 3 до 40 нм.

Рис. 2. СЕМ-зображення нульмірної структури In/InP

Такі нанорозмірні структури у певному наближенні можна вважати квантовими точками, тому що наявні кластери обмежені по всім трьом координатам (нульмірні структури) та за таких малих розмірів виникають квантово-розмірні ефекти. Було проведено хімічний аналіз поверхні кристалу, в результаті якого встановлено, що поверхня кристалу майже не містить атомів кисню.