"Физика и техника полупроводников"
Издателям
Вышедшие номера
Анодные процессы в условиях химического и электрохимического травления кристаллов кремния в кислых фторидных растворах. Механизм порообразования
Улин В.П.1, Улин Н.В.1, Солдатенков Ф.Ю.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: f.soldatenkov@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 6 сентября 2016 г.
Выставление онлайн: 21 марта 2017 г.

В работе изучено взаимодействие с плавиковой кислотой сильно легированных кристаллов кремния p- и n-типа проводимости, протекающее без освещения, в отсутствие и при наличии их контакта с металлами, существенно различающимися величиной работы выхода электронов (Ag и Pd). Определены зависимости от типа и уровня легирования кристаллов скорости растворения кремния в плавиковой кислоте, содержащей окислители c различными значениями редокс-потенциалов (FeCl3, V2O5, CrO3). Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что дырки валентной зоны не являются непосредственными участниками анодных реакций окисления и растворения кремния, а их генерация в кристалле не лимитирует скорость этих процессов. Показано также, что тип химического процесса, приводящего к растворению кремния в HF-содержащих электролитах, и скорости его протекания определяются величиной скачка потенциала, устанавливающегося на межфазной границе полупроводник-электролит. Предложена модель механизма электрохимического порообразования в кристаллах кремния, основанная на представлении о самосогласованных кооперативных реакциях нуклеофильного замещения между хемосорбированными анионами фтора и координационно-насыщенными атомами в приповерхностном слое кристалла. В случае кремния специфической особенностью этих реакций является участие в образовании переходных комплексов вакантных несвязывающих d2s-0.8ptp3-орбиталей атомов Si, ассоциируемых с шестикратно вырожденными состояниями, соответствующими Delta-долине зоны проводимости. Согласно предложенной модели, процесс порообразования спонтанно развивается в локальных областях межфазной границы под действием скачка потенциала в адсорбционном слое и осуществляется в результате отделения от кристалла полимерных группировок в виде цепочек (SiF2)n, что и определяет преимущественное распространение пор вдоль кристаллографических направлений < 100>. Рассмотрены термодинамические аспекты зародышеобразования пор и влияние на размер и структуру пор величины падения потенциала на межфазной границе, типа проводимости и концентрации свободных носителей заряда в кристалле. Развитые в работе представления позволяют предложить непротиворечивое объяснение экспериментальным фактам, характеризующим процессы травления кремния с различными электрофизическими параметрами в различных условиях, обеспечивающих анодную поляризацию кристаллов в HF-содержащих растворах. DOI: 10.21883/FTP.2017.04.44340.8393
  • A. Volance. Phys. Rev. B, 55, 9706 (1997)
  • M. Rausches, H. Spohn. Phys. Rev. E, 64, 031 604 (2001)
  • Xiaoge Gregory Zhang. Electrochemistry of Silicon and Its Oxide (N. Y., Boston-Dordrecht-London-Moscow, Kluwer Academic Publishers, 2004)
  • V. Lehman, R. Stengl, A. Luigart. Mater. Sci. Engin. B, 69-70, 11 (2001)
  • J. Carstensen, R. Prange, G.S. Popkirov, H. Foll. Appl. Phys. A, 67, 459 (1998)
  • M.I.J. Beale, N.G. Chew, M.J. Uren, A.G. Cullis, J.D. Benjamin. Appl. Phys. Lett., 46 (1), 1095 (1985)
  • O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi. Surf. Sci. Rep., 38, 1 (2000)
  • D.R. Turner. J. Electrochem. Soc., 107 (10), 810 (1960); D.R. Turner. J. Electrochem. Soc., 105 (7), 402 (1958)
  • R. Memming, G. Schwandt. Surf. Sci., 4, 109 (1966)
  • P. Allongue, V. Kieling, H. Gerischer. Electrochim. Acta, 40, 1353 (1995)
  • K.W. Kolasinski. Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 1270 (2003)
  • K.W. Kolasinski. Surf. Sci., 603, 1904 (2009)
  • K.W. Kolasinski, J.W. Gogola, W.B. Barclay. J. Phys. Chem. C, 116, 21472 (2012)
  • В.П. Улин, С.Г. Конников. ФТП, 41 (7), 854 (2007)
  • В.П. Улин, С.Г. Конников. ФТП, 41 (7), 867 (2007)
  • Ю.Я. Гуревич, Ю.Я. Плесков. Фотоэлектрохимия полупроводников (М., Наука, 1983)
  • Общая органическая химия. Т. 6: Соединения селена, теллура, кремния и бора, под ред. Д. Бартона, У.Д. Оллиса (М., Химия, 1984)
  • J.-M. Jancu, R. Scholz, F. Beltram, F. Bassani. Phys. Rev. B, 57 (11), 6493 (1998)
  • G. Mariotto, F. Ziglio, F.L. Freire, jr., J. Non-Cryst. Sol., 192/193, 253 (1995)
  • M.I.J. Beale, J.D. Benjamin, M.J. Uren, N.G. Chew, A.G. Cullis. J. Cryst. Growth, 73, 622 (1985)
  • V. Lehmann, R. Stengl, A. Luigart. Mater. Sci. Engin. B, 69, 11 (2000)
  • V. Lehmann, U. Gosele. Adv. Mater., 4, 114 (1992)
  • E.K. Propst, P.A. Kohl. J. Electrochem. Soc., 141, 1006 (1994)
  • K.W. Kolasinski. Nanoscale Res. Lett., 9, 432 (2014)
  • Г.В. Гадияк, Ю.Н. Мороков. ФТП, 27 (5), 736 (1993)
  • A. Halimaoui. In: Properties of Porous Silicon, ed. by L.T. Canham (London, IEE INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, 1997) p. 12.
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.