Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5

В работе рассмотрены особенности образования кластеров на поверхности полупроводников группы А3В5 при электрохимической обработке. Механизм данного явления описан с точки зрения когерентных явлений в стохастических системах. В роботі розглянуті особливості утворення кластерів на поверхні напівпровід...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Физическая инженерия поверхности
Date:	2015
Main Author:	Сычикова, Я.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2015
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108713
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5 / Я.А. Сычикова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 164-168. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859590455968137216
author	Сычикова, Я.А.
author_facet	Сычикова, Я.А.
citation_txt	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5 / Я.А. Сычикова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 164-168. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физическая инженерия поверхности
description	В работе рассмотрены особенности образования кластеров на поверхности полупроводников группы А3В5 при электрохимической обработке. Механизм данного явления описан с точки зрения когерентных явлений в стохастических системах. В роботі розглянуті особливості утворення кластерів на поверхні напівпровідників групи А3В5 при електрохімічній обробці. Механізм цього явища описаний з погляду когерентних явищ в стохастичних системах. The paper discusses the characteristics of cluster formation on the surface of semiconductors A3B5 in electrochemical processing. The mechanism of this phenomenon is described in terms of coherent phenomena in stochastic systems.
first_indexed	2025-11-27T14:00:49Z
format	Article
fulltext	МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2164 © Сычикова Я. А., 2015 164 УДК 539.217; 544.723 МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ ГРУППЫ А3В5 Я. А. Сычикова Бердянский государственный педагогический университет, г. Бердянск, Запорожская обл., Украина Поступила в редакцию 29.03.2015 В работе рассмотрены особенности образования кластеров на поверхности полупроводников группы А3В5 при электрохимической обработке. Механизм данного явления описан с точки зрения когерентных явлений в стохастических системах. Ключевые слова: полупроводники, электрохимическое травление, кластеры, поры, стохасти- ческие системы, когерентные явления. МОДЕЛЬ ФОРМУВАННЯ КЛАСТЕРІВ НА ПОВЕРХНІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ КРИСТАЛІВ ГРУПИ А3В5 Я. А. Сичікова В роботі розглянуті особливості утворення кластерів на поверхні напівпровідників групи А3В5 при електрохімічній обробці. Механізм цього явища описаний з погляду когерентних явищ в стохастичних системах. Ключові слова: напівпровідники, електрохімічне травлення, кластери, пори, стохастичні си- стеми, когерентні явища. MODEL CLUSTER FORMATION ON THE SURFACE OF SEMICONDUCTOR CRYSTALS OF THE GROUP A3B5 Y. A. Suchikova The paper discusses the characteristics of cluster formation on the surface of semiconductors A3B5 in electrochemical processing. The mechanism of this phenomenon is described in terms of coherent phenomena in stochastic systems. Keywords: semiconductors, electrochemical etching, clusters, voids, stochastic systems, coherent phenomena. ВВЕДЕНИЕ Результаты исследования когерентных яв лений в стохастических системах пред ставляют интерес с точки зрения при ме нения их в различных физических об ластях. При определенных условиях в сто хастических системах явления ко ге рентности характеризуются образованием кластеров [1]. Кластеризация возникает в рамках различных моделей. Одной из проблем, связанных с образованием клас- теров, является модель формирования наноструктурированного пространства в различных полупроводниковых кристаллах. Порообразование наблюдается на поверх ности кремния, германия, а также полу проводников типа А3В5. В последнее время значительно вырос интерес к исследованиям структур с пони- женной размерностью, проявляющих ряд необычных свойств, которыми не обладал исходный полупроводниковый кристалл. Простейшими возможностями создания та- кого материала является электрохимическая обработка в специальных растворах, приво- дящая к формированию пористого простран- ства. Подобная модификация структурных характеристик поверхности приводит к существенным изменениям физикохими- ческих свойств исходного материала. Исследование порообразования в полу проводниковых кристаллах является объ ектом многих исследований. Количество работ, проводимых в данном направлении, с каждым годом растет. Это объясняется перспективнос- тью использования пористых полупроводни- ков в микроэлектронике и оптоэлектронике. Более полное понимание взаимосвязи па- раметров процесса электролитического ра- створения с характеристиками нано струк тур Я. А. СЫЧИКОВА ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 165 позволит определить условия фор мирования материала со строго заданными, вос про из водимым физическими свойствами, что усилит его прикладной потенциал, а так же позволит развить теоретические пред ставления о механизме порообразования в по лупроводниках. В работе рассмотрены кван товые ко герентные явления в нано струк ту ри рованных полупроводниках, показана возможность опи сания кластеризации с помощью ста ти стических средних по всему спектру возможных реализаций. ЭКСПЕРИМЕНТ Наноструктурированные поверхности фор ми ровались методом электрохимического травления. Для эксперимента были выбраны полупроводники типа А3В5, в качестве электролита использовались растворы кислот. Плотность тока выбиралась в диапазоне от 20 до 200 мА/см2, время травления — от 5 до 50 минут. Перед экспериментом образцы тщатель- но очищались. Ниже приведены основные этапы технологического маршрута очистки полупроводниковых пластин: 1 ) шлифовка образцов алмазным по рошком; 2) очищение пластин толуолом, этанолом и изо пропанолом; 3) обезжиривание в горячем (75–80 °С) перекисноаммиачном растворе; 4) промывание в проточной де и о ни зированной воде (удаление продуктов реакции предыдущей обработки); 5) обработка в горячей (90–100 °С) кон- центрированной азотной кислоте (удаление ионов металлов); 6) гидродинамическая обработка пла с тин бельичими кистями в струе де и о ни зи рованной воды; 7) сушка пластин с помощью центрифуги в струе очищенного сухого воздуха. 8) химическое или электрохимическое травление (химическая полировка пластин), 9) сульфидирование поверхности кри сталла (пассивация). Такая тщательная очистка полу про водниковых пластин необходима для исклю- чения влияния состояния поверхности на ход эксперимента. В электролитическую ячейку, приготов- ленную из фторопласта, помещают обра- зец и электроды. Катодом служит пластина платины. Потенциостат используется для регулирования условий травления (плотность тока, напряжение, режимы импульсной подачи тока и т. д.). Ванна заполняется электролитом. Сле- дует учитывать, что установка может иметь более сложный вид при использовании до полнительных режимов: перемешивание элек тролита, подсветка образцов, до пол нительная подача электролита (во избежание его обеднения во время травления). Кроме того, образцы можно размещать параллельно дну ячейки (на поверхности электролита). Это особенно актуально, если на обратную сторону пластин напыляется контакт. Тогда, в случае подсветки образцов (режим фотоэлектрохимического травления) источник света необходимо размещать под ванной, которая должна быть приготовлена из светопроницающего материала (например, кварц). Катод (платина) припаивается ко дну ячейки. В этом случае линии тока направлены перпендикулярно поверхности образца, что благоприятно отражается на качестве получаемых пористых слоев. В результате эксперимента были получены наноструктуры (рис. 1), которые пред- ставляют собой поры, кластеры, трещины, текстуры, нанокристаллиты и т. д. а б в Рис. 1. Наноструктуры на поверхности полупроводников: а — InP, j = 80 мА/см2, t = 10 мин; б — GaAs, j = 60 мА/см2, t = 15 мин; в — GaP, j = 100 мА/см2, t = 5 мин МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2166 Эффекты порообразования наблюдались при травлении кристаллов nтипа проводи- мости в широких интервалах времени трав- ления и при различных плотностях тока. При аналогичных условиях кристаллы ртипа тра- вились без образования пор. В данном случае наблюдалось растравливание поверхности с образованием трещин и кластеров [2]. Компонентный состав электролитов, в ко торых становится возможным образование пор и нанокристаллитов, достаточно широк. Наиболее благоприятными являются трави- тели на основе плавиковой, соляной, бромис- той кислот. При использовании этих кислот удается получить упорядоченный ансамбль наноструктур на поверхности кристалла [3]. Во время травления кластеризация мо жет не происходить или рост кластеров/ нано структур может прекращаться, если с повышением анодного потенциала возни- кают альтернативные электрохимические процессы, активизация которых не связана с требованием пространственной локализа- ции фронта реакции: травление с полным или частичным растворением продуктов, об- разование сплошных нерастворимых пленок и т. д [1–4]. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Основной задачей исследователей явля ется создание модели процесса элек тро химического растворения кристалла с по следующим образованием кластеров на его поверхности и в объеме. Физические процессы происходят в сложных средах. Параметры среды можно рассматривать как некоторые реализации хаотических полей в пространстве и во времени [5]. Очевидным является невозможность решения динамичес- ких задач для различных параметров среды. Поэтому основным приоритетом становится разработка и создание модели порообразова- ния, которая базируется на математическом аппарате случайных процессов и полей для реализации отдельных исследуемых процес- сов при рассмотрении статистических сред- них по всему спектру возможных реализаций. Статистическое усреднение по всем реа- лизациям делает поле средней концентрации пассивной примеси в случайном поле ско- ростей все более насыщенным, в то время как каждая его отдельная реализация за счет перемешивания областей с различной кон- центрацией стремится стать все более изре- занной в пространстве [6]. Таким образом, усреднение по параме- трам позволяет характеризовать глобальные пространственновременные масштабы об- ластей [7]. Однако подобные приближения не могут дать представления о процессах, про- исходящих локально внутри области. Примем образование кластера в точке об- ласти за единицу. Однако при этом имеет место расхождение частиц в пространстве и времени. Процессы, происходящие с вероятностью единица, являются когерентными. В дан- ном случае имеет место самоорганизация сложной динамической системы. Поэтому становится возможным выделение статисти- чески устойчивых характеристик процессов системы, проявляющих синергизм во взаимо- действии и поведении ее элементов. Перед учеными встает задача описания полной статистики, содержащей всю инфор- мацию о динамической системе. Однако на практике удается описать лишь некоторые простейшие статистические характеристики. Для анализа когерентных явлений в про стейших динамических системах исполь- зуются основные идеи статистической топографии случайных процессов и полей [8]. Частица в поле случайных скоростей в простейшем случае описывается системой обыкновенных дифференциальных уравне- ний первого порядка [5]: r(t0) = r0, где U(r, t) = u0(r, t) + u(r, t), u0 (r, t) — де тер минированные трехмерные поля скоростей (средний поток), а u(r, t) — случайная трехмерность. Данная система уравнений также описывает динамику частицы в поле случайных внешних сил f (r, t). Для случая потенциального поля ско- ростей (div u(r, t) ≠ 0) частицы, равномер- но расположенные в квадрате в начальный момент времени, в процессе временной ( ) ( , ),d r t U r t dt = Я. А. СЫЧИКОВА ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 167 эволюции образуют кластерные области (компактные области повышенной концен- трации частиц, расположенные в большей степени в разреженных зонах) [6]. Однако лишь для небольшого числа кон кретных динамических систем удается по- лучить конечные результаты в общем виде. Более продуктивным оказывается использо- вание асимптотического метода, основанного на разложении статистических характерис- тик решений динамических задач по малому параметру [9]. Такой параметр можно по- нимать как отношение времени корреляции случайного воздействия ко времени наблю- дения или другим характерным временным масштабам задачи. При этом в ряде случаев масштабы можно выбирать не временные, а пространственные [10]. Очевидным является необходимость ис пользования функционального систе матического подхода для описания си нер гетических процессов, происходящих на поверхности полупроводника во время зарождении на его поверхности наноструктур и нанокластеров. ВЫВОДЫ В работе рассмотрены особенности образо- вания кластеров на поверхности полупровод- ников группы А3В5 при электрохимической обработке. Механизм данного явления описан с точки зрения когерентных явле- ний в стохастических системах. Показана возможность разработки и создания модели кластерообразования, которая базируется на математическом аппарате случайных про- цессов и полей для реализации отдельных исследуемых процессов при рассмотрении статистических средних по всему спектру возможных реализаций. ЛИТЕРАТУРА 1. Новиков Е. А. Функционалы и метод случай- ных сил в теории турбулентности // ЖЭТФ. — 1964. — Т. 47, № 5. — С. 1919–1926. 2. Сычикова Я. А. Влияние состава электро- лита на величину порогового напряжения начала порообразования фосфида индия // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 259–264. 3. Сичікова Я. О., Кідалов В. В., Балан О. С., Сукач Г. О. Тестурування поверхні фосфіду індію // Журнал нано і електроної фізики. — 2010. — № 1. — С. 84–88. 4. Сичікова Я. О., Кідалов В. В., Сукач Г. О., Кірілаш О. І. Методика отримання та до слід ження морфології поруватих шарів pInP та pGaAs // Електроніка та зв’язок. — 2010. — Т. 4, № 57. — С. 34–36. 5. Кляцкин В. И. Стохастические уравне ния глазами физика. Основные положения, точ- ные результаты и асимптотические прибли- жения. — М.: Физматлит, 2001. 6. Кляцкин В., Гурарий Д. Когерентные яв- ления в стохастических динамическихси- стемах // УФН. — 1999. — Т. 169, № 2. — С. 171–207. 7. Nicolis G., Prigogin I. Exploring Complexity, an Introduction — N. Y.: W. H. Freeman and Company, 1989. 8. Isichenko M. B. Percolation, statistical topo graphy, and transport in random media // Rev. Modern Phys. — 1992. — Vol. 64, No. 4. — P. 961–1043. 9. Ареф Х. Развитие хаотической адвекции // Нелинейная динамика. — 2006. — Т. 2, № 1. — С. 111–133. 10. Михайлов А. С., Упоров И. В. Критические явления в средах с разложением, распадом и диффузией // УФН. — 1984. — Т. 144, № 3. — С. 79–112. LITERATURA 1. Novikov E. A. Funkcionaly i metod sluchajnyh sil v teorii turbulentnosti // ZhETF. — 1964. — Vol. 47, No. 5. — P. 1919–1926. 2. Sychikova Ya. A. Vliyanie sostava elektrolita na velichinu porogovogo napryazheniya na chala poroobrazovaniya fosfida indiya // Fi zicheskaya inzheneriya poverhnosti. — 2010. — Vol. 8, No. 3. — P. 259–264. 3. Sichіkova Ya. O., Kіdalov V. V., Balan O. S., Sukach G. O. Testuruvannya poverhnі fosfіdu іndіyu // Zhurnal nano і elektronoї fіziki. — 2010. — No. 1. — P. 84–88. 4. Sichіkova Ya. O., Kіdalov V. V., Sukach G. O., Kіrіlash O. І. Metodika otrimannya ta do slіd zhennya morfologії poruvatih sharіv pInP ta pGaAs // Elektronіka ta zv’yazok. — 2010. — Vol. 4, No. 57. — P. 34–36. 5. Klyackin V. I. Stohasticheskie uravneniya glazami fizika. Osnovnye polozheniya, tochnye МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2168 rezul’taty i asimptoticheskie priblizheniya. — M.: Fizmatlit, 2001. 6. Klyackin V., Gurarij D. Kogerentnye yavleniya v stohasticheskih dinamicheskihsistemah // UFN. — 1999. — Vol. 169, No. 2. — P. 171– 207. 7. Nicolis G., Prigogin I. Exploring Complexity, an Introduction — N. Y.: W. H. Freeman and Company, 1989. 8. Isichenko M. B. Percolation, statistical topo graphy, and transport in random media // Rev. Modern Phys. — 1992. — Vol. 64, No. 4. — P. 961–1043. 9. Aref H. Razvitie haoticheskoj advekcii // Nelinejnaya dinamika. — 2006. — Vol. 2, No. 1. — P. 111–133. 10. Mihajlov A. S., Uporov I. V. Kriticheskie ya v leniya v sredah s razlozheniem, raspadom i dif fuziej // UFN. — 1984. — Vol. 144, No. 3. — P. 79–112.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108713
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-11-27T14:00:49Z
publishDate	2015
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Сычикова, Я.А. 2016-11-14T17:43:45Z 2016-11-14T17:43:45Z 2015 Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5 / Я.А. Сычикова // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 164-168. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108713 539.217; 544.723 В работе рассмотрены особенности образования кластеров на поверхности полупроводников группы А3В5 при электрохимической обработке. Механизм данного явления описан с точки зрения когерентных явлений в стохастических системах. В роботі розглянуті особливості утворення кластерів на поверхні напівпровідників групи А3В5 при електрохімічній обробці. Механізм цього явища описаний з погляду когерентних явищ в стохастичних системах. The paper discusses the characteristics of cluster formation on the surface of semiconductors A3B5 in electrochemical processing. The mechanism of this phenomenon is described in terms of coherent phenomena in stochastic systems. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5 Модель формування кластерів на поверхні напівпровідникових кристалів групи А3В5 Model cluster formation on the surface of semiconductor crystals of the group A3B5 Article published earlier
spellingShingle	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5 Сычикова, Я.А.
title	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5
title_alt	Модель формування кластерів на поверхні напівпровідникових кристалів групи А3В5 Model cluster formation on the surface of semiconductor crystals of the group A3B5
title_full	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5
title_fullStr	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5
title_full_unstemmed	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5
title_short	Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5
title_sort	модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы а3в5
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108713
work_keys_str_mv	AT syčikovaâa modelʹformirovaniâklasterovnapoverhnostipoluprovodnikovyhkristallovgruppya3v5 AT syčikovaâa modelʹformuvannâklasterívnapoverhnínapívprovídnikovihkristalívgrupia3v5 AT syčikovaâa modelclusterformationonthesurfaceofsemiconductorcrystalsofthegroupa3b5

Модель формирования кластеров на поверхности полупроводниковых кристаллов группы А3В5

Institution

Similar Items