"Физика и техника полупроводников"
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: 20 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
  1. A. Volance. Phys. Rev. B, 55, 9706 (1997)
  2. M. Rausches, H. Spohn. Phys. Rev. E, 64, 031 604 (2001)
  3. Xiaoge Gregory Zhang. Electrochemistry of Silicon and Its Oxide (N. Y., Boston-Dordrecht-London-Moscow, Kluwer Academic Publishers, 2004)
  4. V. Lehman, R. Stengl, A. Luigart. Mater. Sci. Engin. B, 69-70, 11 (2001)
  5. J. Carstensen, R. Prange, G.S. Popkirov, H. Foll. Appl. Phys. A, 67, 459 (1998)
  6. M.I.J. Beale, N.G. Chew, M.J. Uren, A.G. Cullis, J.D. Benjamin. Appl. Phys. Lett., 46 (1), 1095 (1985)
  7. O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi. Surf. Sci. Rep., 38, 1 (2000)
  8. D.R. Turner. J. Electrochem. Soc., 107 (10), 810 (1960); D.R. Turner. J. Electrochem. Soc., 105 (7), 402 (1958)
  9. R. Memming, G. Schwandt. Surf. Sci., 4, 109 (1966)
  10. P. Allongue, V. Kieling, H. Gerischer. Electrochim. Acta, 40, 1353 (1995)
  11. K.W. Kolasinski. Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 1270 (2003)
  12. K.W. Kolasinski. Surf. Sci., 603, 1904 (2009)
  13. K.W. Kolasinski, J.W. Gogola, W.B. Barclay. J. Phys. Chem. C, 116, 21472 (2012)
  14. В.П. Улин, С.Г. Конников. ФТП, 41 (7), 854 (2007)
  15. В.П. Улин, С.Г. Конников. ФТП, 41 (7), 867 (2007)
  16. Ю.Я. Гуревич, Ю.Я. Плесков. Фотоэлектрохимия полупроводников (М., Наука, 1983)
  17. Общая органическая химия. Т. 6: Соединения селена, теллура, кремния и бора, под ред. Д. Бартона, У.Д. Оллиса (М., Химия, 1984)
  18. J.-M. Jancu, R. Scholz, F. Beltram, F. Bassani. Phys. Rev. B, 57 (11), 6493 (1998)
  19. G. Mariotto, F. Ziglio, F.L. Freire, jr., J. Non-Cryst. Sol., 192/193, 253 (1995)
  20. M.I.J. Beale, J.D. Benjamin, M.J. Uren, N.G. Chew, A.G. Cullis. J. Cryst. Growth, 73, 622 (1985)
  21. V. Lehmann, R. Stengl, A. Luigart. Mater. Sci. Engin. B, 69, 11 (2000)
  22. V. Lehmann, U. Gosele. Adv. Mater., 4, 114 (1992)
  23. E.K. Propst, P.A. Kohl. J. Electrochem. Soc., 141, 1006 (1994)
  24. K.W. Kolasinski. Nanoscale Res. Lett., 9, 432 (2014)
  25. Г.В. Гадияк, Ю.Н. Мороков. ФТП, 27 (5), 736 (1993)
  26. 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.