Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe

Робота посвящена исследованию взаимодействия монокристаллических пластин PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe с бромвыделяющими травителями (H₂O₂–HBr–этиленгликоль)/этиленгликоль (ЭГ), разработке и оптимизации травильных композиций, а также методик их химической обработки для формирования высококачес...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2017
Main Authors:	Маланич, Г.П., Томашик, В.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2017
Series:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140666
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:	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe / Г.П. Маланич, В.Н. Томашик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 4. — С. 637–647. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-140666
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1406662025-02-09T21:49:44Z Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe Influence of the Viscosity Modifier in H₂O₂–HBr–Ethylene Glycol Solutions on the Chemical Etching of PbTe Single Crystals and Pb₁₋ₓSnₓTe Solid Solutions Маланич, Г.П. Томашик, В.Н. Робота посвящена исследованию взаимодействия монокристаллических пластин PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe с бромвыделяющими травителями (H₂O₂–HBr–этиленгликоль)/этиленгликоль (ЭГ), разработке и оптимизации травильных композиций, а также методик их химической обработки для формирования высококачественной поверхности. Изучены зависимости скоростей химико-механического (ХМП) и химико-динамического (ХДП) полирования от разбавления базового полирующего травителя органическим компонентом. Определён характер растворения исследуемых материалов в растворах (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ, построены графические зависимости «состав травителя–скорость травления» и установлены концентрационные границы областей полирующих и неполирующих растворов. Показано, что увеличение количества ЭГ в составе травильной смеси уменьшает скорость травления (ХМП) полупроводниковых подложек PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe от 185,0 до 23,0 мкм/мин и улучшает полирующие свойства травильных композиций H₂O₂–HBr–ЭГ. Минимальные значения скоростей травления достигаются при максимальном насыщении смеси органическим компонентом (60 об.%). Микроструктурным и профилографическим анализами установлено влияние количественного и качественного состава травителей, а также способов химической обработки на параметры шероховатости поверхностей PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe. Установлено, что ХМП монокристаллических полупроводников растворами состава H₂O₂–HBr–ЭГ способствует уменьшению структурных нарушений подложек и получению качественной полированной поверхности. Оптимизированы составы полирующих травильных композиций (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ и технологические режимы ХМП и ХДП для снятия нарушенного слоя, быстрого контролированного утонения пластины до заданной толщины, снятия тонких плёнок и финишного полирования поверхности, монокристаллических образцов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe. Роботу присвячено дослідженню взаємодії монокристалічних пластин PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe з бромвиділювальними щавниками (H₂O₂–HBr–етиленгліколь)/етиленгліколь (ЕГ), розробці й оптимізації щавильних композицій і методик оброблення для формування високоякісної поверхні. Вивчено залежності швидкостей хіміко-механічного (ХМП) і хіміко-динамічного (ХДП) полірування від розведення базового полірувального щавника органічним компонентом. Встановлено характер розчинення досліджуваних матеріялів у розчинах (H₂O₂–HBr–ЕГ)/ЕГ та побудовано графічні залежності «склад щавника–швидкість щавлення» з визначенням ділянок полірувальних і неполірувальних розчинів. Показано, що збільшення вмісту ЕГ в складі щавильної суміші зменшує швидкість щавлення (ХМП) напівпровідникових підкладинок PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe від 185,0 до 23,0 мкм/хв та поліпшує полірувальні властивості щавильних композицій H₂O₂–HBr–ЕГ. Мінімальні значення швидкостей щавлення досягаються при максимальній насиченості суміші органічним компонентом (60 об.%). Мікроструктурною і профілографічною аналізами встановлено вплив кількісного і якісного складу щавників, а також способів хімічного оброблення на параметри шерсткости поверхонь PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe. Встановлено, що ХМП монокристалічних напівпровідників розчинами складу H₂O₂–HBr–ЕГ сприяє зменшенню структурних порушень підкладинок та одержанню якісної полірованої поверхні. Оптимізовано склади полірувальних щавильних композицій (H₂O₂–HBr–ЕГ)/ЕГ і технологічні режими ХМП та ХДП для видалення порушеного шару, контрольованого стоншування пластин до заданих розмірів, зняття тонких плівок і фінішного полірування поверхні монокристалічних зразків PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe. The investigation is concerned with both the interaction of the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solutions’ single crystals with the (H₂O₂–HBr–ethylene glycol)/ethylene glycol (EG) bromine-exhaling mixtures and the development of the etchant compositions as well as the schedule of the surface treatment of the above-mentioned semiconductor materials using the obtained experimental data. The dependences of the chemical-mechanical (CMP) and chemical-dynamical (CDP) polishing rates on the dilution of the base polishing etchant by organic compound are determined. The dissolution of these semiconductor materials in the aqueous (H₂O₂–HBr–EG)/EG solutions is investigated, and ‘etchant composition–etching rate’ dependences with determining the regions of polishing and unpolishing solutions are plotted. As found, the semiconductors etching rate (CMP) decreases from 185.0 to 23.0 ?m/min and the polishing features of the H₂O₂–HBr–EG etching composition are improved when the EG content is increased. The minimum value of the etching rates is achieved when the saturation with organic component is maximum (60 vol.%). The influence of the quantitative and qualitative etchant compositions and the chemical treatment procedures on the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solution surface roughness is established using metallography and strip chart recording. As revealed, CMP of the semiconductors by (H₂O₂–HBr–EG)/EG solutions promotes both the decrease of the structural damages of the substrate and the preparation of the high-quality polished surface. The polishing etchant compositions (H₂O₂–HBr–EG)/EG and the CDP and CMP technological procedures for the disturbed layer elimination, controlled thinning of the plates up to reference dimension, the thin-layers removing, and the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solution surface finishing are optimized. 2017 Article Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe / Г.П. Маланич, В.Н. Томашик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 4. — С. 637–647. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1816-5230 PACS: 68.35.Ct, 68.37.Ps, 68.55.J-, 77.84.Bw, 81.05.Hd, 81.65.Cf, 81.65.Ps https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140666 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Робота посвящена исследованию взаимодействия монокристаллических пластин PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe с бромвыделяющими травителями (H₂O₂–HBr–этиленгликоль)/этиленгликоль (ЭГ), разработке и оптимизации травильных композиций, а также методик их химической обработки для формирования высококачественной поверхности. Изучены зависимости скоростей химико-механического (ХМП) и химико-динамического (ХДП) полирования от разбавления базового полирующего травителя органическим компонентом. Определён характер растворения исследуемых материалов в растворах (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ, построены графические зависимости «состав травителя–скорость травления» и установлены концентрационные границы областей полирующих и неполирующих растворов. Показано, что увеличение количества ЭГ в составе травильной смеси уменьшает скорость травления (ХМП) полупроводниковых подложек PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe от 185,0 до 23,0 мкм/мин и улучшает полирующие свойства травильных композиций H₂O₂–HBr–ЭГ. Минимальные значения скоростей травления достигаются при максимальном насыщении смеси органическим компонентом (60 об.%). Микроструктурным и профилографическим анализами установлено влияние количественного и качественного состава травителей, а также способов химической обработки на параметры шероховатости поверхностей PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe. Установлено, что ХМП монокристаллических полупроводников растворами состава H₂O₂–HBr–ЭГ способствует уменьшению структурных нарушений подложек и получению качественной полированной поверхности. Оптимизированы составы полирующих травильных композиций (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ и технологические режимы ХМП и ХДП для снятия нарушенного слоя, быстрого контролированного утонения пластины до заданной толщины, снятия тонких плёнок и финишного полирования поверхности, монокристаллических образцов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe.
format	Article
author	Маланич, Г.П. Томашик, В.Н.
spellingShingle	Маланич, Г.П. Томашик, В.Н. Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Маланич, Г.П. Томашик, В.Н.
author_sort	Маланич, Г.П.
title	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe
title_short	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe
title_full	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe
title_fullStr	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe
title_full_unstemmed	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe
title_sort	влияние введения модификатора вязкости в растворы h₂o₂–hbr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов pbte и твёрдых растворов pb₁₋ₓsnₓte
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2017
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140666
citation_txt	Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe / Г.П. Маланич, В.Н. Томашик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 4. — С. 637–647. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT malaničgp vliânievvedeniâmodifikatoravâzkostivrastvoryh2o2hbrétilenglikolʹnahimičeskoetravleniemonokristallovpbteitverdyhrastvorovpb1xsnxte AT tomašikvn vliânievvedeniâmodifikatoravâzkostivrastvoryh2o2hbrétilenglikolʹnahimičeskoetravleniemonokristallovpbteitverdyhrastvorovpb1xsnxte AT malaničgp influenceoftheviscositymodifierinh2o2hbrethyleneglycolsolutionsonthechemicaletchingofpbtesinglecrystalsandpb1xsnxtesolidsolutions AT tomašikvn influenceoftheviscositymodifierinh2o2hbrethyleneglycolsolutionsonthechemicaletchingofpbtesinglecrystalsandpb1xsnxtesolidsolutions
first_indexed	2025-12-01T04:09:44Z
last_indexed	2025-12-01T04:09:44Z
_version_	1850277557849554944
fulltext	637 PACS numbers: 68.35.Ct, 68.37.Ps, 68.55.J-, 77.84.Bw, 81.05.Hd, 81.65.Cf, 81.65.Ps Влияние введения модификатора вязкости в растворы H2O2–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe Г. П. Маланич, В. Н. Томашик Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарёва НАН Украины, просп. Науки, 41, 03028 Киев, Украина Робота посвящена исследованию взаимодействия монокристаллических пластин PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe с бромвыделяющими тра- вителями (H2O2–HBr–этиленгликоль)/этиленгликоль (ЭГ), разработке и оптимизации травильных композиций, а также методик их химической обработки для формирования высококачественной поверхности. Изучены зависимости скоростей химико-механического (ХМП) и химико- динамического (ХДП) полирования от разбавления базового полирующего травителя органическим компонентом. Определён характер растворения исследуемых материалов в растворах (H2O2–HBr–ЭГ)/ЭГ, построены гра- фические зависимости «состав травителя–скорость травления» и установ- лены концентрационные границы областей полирующих и неполирую- щих растворов. Показано, что увеличение количества ЭГ в составе тра- вильной смеси уменьшает скорость травления (ХМП) полупроводниковых подложек PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe от 185,0 до 23,0 мкм/мин и улучшает полирующие свойства травильных композиций H2O2–HBr– ЭГ. Минимальные значения скоростей травления достигаются при мак- симальном насыщении смеси органическим компонентом (60 об.%). Микроструктурным и профилографическим анализами установлено вли- яние количественного и качественного состава травителей, а также спо- собов химической обработки на параметры шероховатости поверхностей PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe. Установлено, что ХМП монокри- сталлических полупроводников растворами состава H2O2–HBr–ЭГ способ- ствует уменьшению структурных нарушений подложек и получению ка- чественной полированной поверхности. Оптимизированы составы поли- рующих травильных композиций (H2O2–HBr–ЭГ)/ЭГ и технологические режимы ХМП и ХДП для снятия нарушенного слоя, быстрого контроли- рованного утонения пластины до заданной толщины, снятия тонких плё- нок и финишного полирования поверхности, монокристаллических об- разцов PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 2017, т. 15, № 4, сс. 637–647  2017 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Г. В. Êурдюмова НÀН України) Надруковано в Україні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 638 Г. П. МÀЛÀНИЧ, В. Н. ТОМÀШИÊ Роботу присвячено дослідженню взаємодії монокристалічних пластин PbTe і твердих розчинів Pb1xSnxTe з бромвиділювальними щавниками (H2O2–HBr–етиленгліколь)/етиленгліколь (ЕГ), розробці й оптимізації щавильних композицій і методик оброблення для формування високоякі- сної поверхні. Вивчено залежності швидкостей хіміко-механічного (ХМП) і хіміко-динамічного (ХДП) полірування від розведення базового поліру- вального щавника органічним компонентом. Встановлено характер роз- чинення досліджуваних матеріялів у розчинах (H2O2–HBr–ЕГ)/ЕГ та по- будовано графічні залежності «склад щавника–швидкість щавлення» з визначенням ділянок полірувальних і неполірувальних розчинів. Пока- зано, що збільшення вмісту ЕГ в складі щавильної суміші зменшує шви- дкість щавлення (ХМП) напівпровідникових підкладинок PbTe і твердих розчинів Pb1xSnxTe від 185,0 до 23,0 мкм/хв та поліпшує полірувальні властивості щавильних композицій H2O2–HBr–ЕГ. Мінімальні значення швидкостей щавлення досягаються при максимальній насиченості суміші органічним компонентом (60 об.%). Мікроструктурною і профілографіч- ною аналізами встановлено вплив кількісного і якісного складу щавни- ків, а також способів хімічного оброблення на параметри шерсткости по- верхонь PbTe і твердих розчинів Pb1xSnxTe. Встановлено, що ХМП моно- кристалічних напівпровідників розчинами складу H2O2–HBr–ЕГ сприяє зменшенню структурних порушень підкладинок та одержанню якісної полірованої поверхні. Оптимізовано склади полірувальних щавильних композицій (H2O2–HBr–ЕГ)/ЕГ і технологічні режими ХМП та ХДП для видалення порушеного шару, контрольованого стоншування пластин до заданих розмірів, зняття тонких плівок і фінішного полірування поверх- ні монокристалічних зразків PbTe і твердих розчинів Pb1xSnxTe. The investigation is concerned with both the interaction of the PbTe and Pb1xSnxTe solid-solutions’ single crystals with the (H2O2–HBr–ethylene glycol)/ethylene glycol (EG) bromine-exhaling mixtures and the develop- ment of the etchant compositions as well as the schedule of the surface treatment of the above-mentioned semiconductor materials using the ob- tained experimental data. The dependences of the chemical-mechanical (CMP) and chemical-dynamical (CDP) polishing rates on the dilution of the base polishing etchant by organic compound are determined. The dis- solution of these semiconductor materials in the aqueous (H2O2–HBr– EG)/EG solutions is investigated, and ‘etchant composition–etching rate’ dependences with determining the regions of polishing and unpolishing solutions are plotted. As found, the semiconductors etching rate (CMP) decreases from 185.0 to 23.0 m/min and the polishing features of the H2O2–HBr–EG etching composition are improved when the EG content is increased. The minimum value of the etching rates is achieved when the saturation with organic component is maximum (60 vol.%). The influence of the quantitative and qualitative etchant compositions and the chemical treatment procedures on the PbTe and Pb1xSnxTe solid-solution surface roughness is established using metallography and strip chart recording. As revealed, CMP of the semiconductors by (H2O2–HBr–EG)/EG solutions promotes both the decrease of the structural damages of the substrate and the preparation of the high-quality polished surface. The polishing etch- ВЛИЯНИЕ МОДИÔИÊÀТОРÀ ВЯЗÊОСТИ В H2O2–HBr–ЭТИЛЕНГЛИÊОЛЬ 639 ant compositions (H2O2–HBr–EG)/EG and the CDP and CMP technological procedures for the disturbed layer elimination, controlled thinning of the plates up to reference dimension, the thin-layers removing, and the PbTe and Pb1xSnxTe solid-solution surface finishing are optimized. Ключевые слова: химическое травление, теллурид свинца, твёрдые растворы, скорость травления, химико-механическое полирование. Ключові слова: хемічне щавлення, Плюмбуму телурид, тверді розчини, швидкість щавлення, хіміко-механічне полірування. Keywords: chemical etching, lead telluride, solid solutions, etching rate, chemical-mechanical polishing. (Получено 10 ноября 2017 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Монокристаллический PbTe используется как материал для под- ложек при выращивании гетероструктур PbTe/Pb1xSnxTe, на ос- нове которых изготавливают фотоприёмники и диодные источни- ки ИÊ-излучения [1]. Повышенный интерес к твёрдым растворам на основе халькогенидов свинца связан с использованием этих материалов для изготовления фотоприёмников с высокой спек- тральной чувствительностью в диапазоне «атмосферного окна» 8– 14 мкм, что соответствует максимуму излучения абсолютно чёр- ного тела при 300 Ê. Перспективно использование твёрдых рас- творов Pb1хSnxTe для инжекционных лазеров с излучением в спектральном диапазоне до 30 мкм. Это значение соответствует максимальной длине волны излучения для полупроводниковых лазеров [2]. При создании рабочих элементов приборов особенно важным является этап химической обработки кристаллов PbTe и Pb1xSnxTe, главная задача которого заключается в удалении нарушенного слоя, образующегося в результате предыдущих ме- ханических обработок, а также получении высокочистых, мак- симально совершенных по структуре и однородных по химиче- скому составу поверхностей. Для удовлетворения вышеперечисленных требований лучше всего подходит метод ХМП. Процесс ХМП проводят на изготовленном из мягких натураль- ных или искусственных тканей полировальнике. В большинстве случаев его проводят в специальном, для каждого полупроводни- кового материала, полирующем травителе. Съём материала, ка- чество поверхности и геометрические параметры подложек в большой степени зависят от состава полирующей смеси, темпера- 640 Г. П. МÀЛÀНИЧ, В. Н. ТОМÀШИÊ туры обработки, давления на пластину и материала полироваль- ника. Удаление нарушенного слоя полирующим травлением влияет на планарность пластины, что имеет большое значение, если пла- стины используются как подложки для эпитаксиального роста плёнок. Àвторы [3] подчёркивают, что качество обработанной поверх- ности значительно лучше именно при обработке методом ХМП. В работе [4] процесс ХМП монокристаллов n-Pb1xSnxTe (0х0,24), ориентированных в направлении (100), проводили бромсодержащим травителем состава 2% Br2:98% HBr, а после травления образцы промывали чистой водой и сушили в потоке очищенного N2. Более практичными и перспективными являются бромвыделя- ющие травильные композиции [5], в которых бром выделяется в результате окислительно-восстановительных химических реак- ций между компонентами травителя: окислителем (Н2О2) и со- единениями брома (HBr). Преимущества бромвыделяющих тра- вильных композиций в сравнении с традиционными бромсодер- жащими растворами следующие: — отсутствие необходимости использования токсического свобод- ного Br2; — упрощение процесса приготовления смесей; — возможность выбора широкого спектра скоростей полирова- ния; — высокое качество полирования монокристаллов PbTe и твёр- дых растворов Pb1xSnxTe; — стабильность травильных растворов (1 месяц) и сохранение их полирующих свойств. Травильные смеси для ХМП должны удовлетворять целому ряду требований [6]: обеспечивать необходимую скорость травле- ния без образования нерастворимых либо труднорастворимых продуктов реакции; быть инертными к материалу полировальни- ка и оборудования; владеть низкой степенью токсичности. Этим требованиям отвечают полирующие составы травильных компо- зиций на основе растворов H2O2–HBr–ЭГ. Целью настоящей работы является исследование влияния до- полнительного введения вязкого компонента, в частности ЭГ, в травильные растворы H2O2–HBr–ЭГ на процесс ХМП и ХДП по- верхности монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe; изучение состояния поверхности после ХМП и ХДП методами микроструктурного и профилографического анализов, а также оптимизация составов полирующих композиций и режимов про- ведения операций для формирования высококачественной поли- рованной поверхности. ВЛИЯНИЕ МОДИÔИÊÀТОРÀ ВЯЗÊОСТИ В H2O2–HBr–ЭТИЛЕНГЛИÊОЛЬ 641 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Для исследований использовали монокристаллы PbTe и твёрдых растворов Pb0,83Sn0,17Te, Pb0,8Sn0,2Te (ІІ), выращенные методом Бриджмена, а также Pb0,8Sn0,2Te (І), полученные из паровой фа- зы. Подготовку полупроводниковых пластин (571,5 мм), а также их предварительную обработку проводили по разработан- ной нами ранее методике [5, 7]. Процесс ХМП осуществляли на стеклянном полировальнике, обтянутом тканью, при Т293–295 Ê и непрерывной подаче тра- вителя со скоростью 2–3 мл/мин. Главное внимание обращали на стабильную структуру ткани, её механическую и химическую стойкость к компонентам полирующей смеси. Химическое травление пластин проводили на установке для ХДП с использованием методики вращающегося диска [5]. Ско- рость растворения определяли по уменьшению толщины пластин при помощи электронного индикатора TESA DIGICO 400 с точно- стью 0,2 мкм, а процесс травления проводили в течение 2 мин. Важной заключительной операцией химического травления яв- ляется окончание процесса и отмывка поверхности образцов от остатков травителя и продуктов реакций. При этом необходимо стремиться к минимуму возможного контакта свежетравлёной по- верхности образцов с атмосферой окружающей среды. После по- лирования образцы тщательно промывали согласно схеме (для прекращения взаимодействия между травителем и поверхностью полупроводника): Н2О(дист.) 30с15% NaOH30с→ Н2О(дист.) 30сHCl(конц.) 30сН2О(дист.) 30с. Высушивание образцов проводили в потоке сухого воздуха. Для приготовления травителей использовали водные растворы 48% HBr, 35% Н2О2 и ЭГ (все реактивы «ос.ч.» и «х.ч.»). Êомпо- ненты раствора смешивали в определённом порядке в количе- ствах, соответствующих их объёмному соотношению в травильных композициях, т.е. состав травителя выражали в об.%. Приготов- ленные растворы перед процессом травления выдерживали в тече- ние двух часов до окончательного прекращения газообразования в реакции, происходящей между исходными компонентами трави- теля: H2O22HBrBr22H2O. Морфологические исследования полированных поверхностей монокристаллов проводили с помощью сканирующего зондового микроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000 (Digital Instruments/ 642 Г. П. МÀЛÀНИЧ, В. Н. ТОМÀШИÊ Brukes Corp.) методом атомно-силовой микроскопии (ÀСМ) в ре- жиме периодического контакта (tapping mode) при комнатных условиях с точностью 1 нм. Измерения проведены в централь- ной зоне образцов с использованием серийных кремниевых зон- дов Nano World с номинальным радиусом округления острия до 10 нм, марки NCH. Исследования методом электронной микроскопии проводили с помощью настольного электронного микроскопа JEOL JCM-5000 NeoScope. Образцы помещали на выдвижной столик камеры, по- сле чего в течение 3 мин автоматически создавался низкий ваку- ум 10–3 Па (ускоряющие напряжение 15 кВ). В результате были получены фотографии (увеличение от 10 до 20000) микро- структуры поверхностей монокристаллов после различных этапов обработки. Êонтроль качества полированных поверхностей про- водили, используя также металлографический микроскоп МИМ- 7. Совмещённая с микроскопом цифровая видеокамера eTREK DCM800 (8 Mpix) позволяла на мониторе визуально наблюдать за состоянием поверхности объекта. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ При изучении процесса химического растворения полупроводни- ковых монокристаллов особенное значение имеет как выбор ком- понентов травителя, так и подбор их соотношения. Нами был выбран концентрационный интервал растворов H2O2:HBr:ЭГ, ограниченный треугольником АВС, объёмное соотношение Н2О2:HBr:ЭГ в вершинах которого составляло соответственно (в об.%): А — 2:98:0, В — 2:48:50, С — 10:90:0. Соотношение ком- понентов травителя в точках А, В и С определяли эксперимен- тально [5]. Согласно результатам экспериментальных исследований зави- симостей скоростей травления PbTe и Pb1xSnxTe от состава раство- ров H2O2–HBr–ЭГ построены диаграммы «состав травителя– скорость травления», а также определены концентрационные гра- ницы полирующих (I) и неполирующих (II) растворов (рис. 1). Для ХДП исследуемых монокристаллов практический интерес пред- ставляют полирующие растворы (в об.%): (2–10)Н2О2:(48– 98)HBr:(0–50)ЭГ, так как после травления в этих смесях сформи- рованная поверхность характеризуется зеркальным блеском, при этом скорости полирования (vпол) изменяются от 1,5 до 17,2 мкм/мин. Используя процесс ХДП для полупроводниковых кристаллов, не всегда можно получить высококачественную полированную по- верхность с идеальной плоскостностью в макромасштабе, поэтому для таких целей лучше использовать метод ХМП. В результате ВЛИЯНИЕ МОДИÔИÊÀТОРÀ ВЯЗÊОСТИ В H2O2–HBr–ЭТИЛЕНГЛИÊОЛЬ 643 трения поверхностей подложки и полировальника температура в области контакта может превышать температуру окружающего травителя до 10С. Это приводит к увеличению скорости химиче- ских реакций, что, в свою очередь, может повысить скорость уда- ления материала подложки до двух раз. При выборе базового по- лирующего травителя для формирования на его основе полирую- щих композиций для ХМП мы приняли во внимание тот факт, что за счёт действия механической составляющей скорость снятия материала этим методом может быть в несколько раз больше по сравнению с использованием этого травителя для ХДП. По результатам исследований нами был выбран базовый поли- рующий травитель БР, состав которого находится вблизи стороны ВС треугольника ÀВС. Этот травитель характеризируется скоро- стями ХДП: 8,2 мкм/мин для PbTe, 8,4 мкм/мин для Pb0,83Sn0,17Te, 7,9 мкм/мин для Pb0,8Sn0,2Te (І), 7,7 мкм/мин для Pb0,8Sn0,2Te (ІІ), и обладает хорошими полирующими свойствами. а б в г Рис. 1. Êонцентрационные зависимости скорости травления (мкм/мин) монокристаллов PbTe (а), Pb0,83Sn0,17Te (б), Pb0,8Sn0,2Te (I) (в) и Pb0,8Sn0,2Te (II) (г) в растворах H2O2–HBr–ЭГ при объёмном соотношении H2O2:HBr:ЭГ в вершинах А, В, С (об.%): А — 2:98:0; В — 2:48:50; С — 10:90:0 (I — полирующие и II — неполирующие растворы).1 644 Г. П. МÀЛÀНИЧ, В. Н. ТОМÀШИÊ Разница в скоростях травления с использованием разных методов полирования поверхностей PbTe и твёрдых растворов Pb1xSnxTe представлена на рис. 2. Видно, что скорость ХМП в базовом тра- вителе составляет: 185,0 мкм/мин для PbTe, 174,5 мкм/мин для Pb0,83Sn0,17Te, 180,5 мкм/мин для Pb0,8Sn0,2Te (І), 175,0 мкм/мин для Pb0,8Sn0,2Te (ІІ), что приблизительно в 20 раз больше скорости ХДП в том же растворе. Для уменьшения скорости ХМП (уменьшения содержания ак- тивного компонента) и улучшения качества обрабатываемой по- верхности непосредственно перед проведением процесса ХМП к базовому травителю дополнительно приливали определённое ко- личество модификатора вязкости ЭГ. Êак видно из рис. 2, а, по мере разбавления базового раствора БР скорость ХМП изменяет- ся в пределах 185,0–2,5 мкм/мин, а скорость ХДП падает с 8,8 до 0,7 мкм/мин (рис. 2, б); при этом разница в скоростях ХМП и ХДП постепенно уменьшается, что свидетельствует о зависимости скорости ХМП от скорости химической реакции. Таким образом, используя приведённую на рис. 2 зависимость, можно выбрать необходимую скорость ХМП или ХДП, меняя соотношение базо- вого травителя БР и вязкого компонента. Следует отметить, что поверхности полупроводниковых материалов после ХМП и ХДП при разбавлении раствора БР от 100 до 40 об.% получались по- лированными и высокого качества, при этом скорости ХМП из- менялись от 185,0 мкм/мин до 23,0 мкм/мин, а скорости ХДП изменяются в пределах 8,8–2,0 мкм/мин. При дальнейшем раз- бавлении травителя (70 об.% ЭГ) качество поверхностей ухудша- лось, после ХМП на поверхности появлялась белая полупрозрач- а б Рис. 2. Зависимости скоростей ХМП (Т294 Ê) (а) и ХДП (Т294 Ê, 78 мин–1) (б) монокристаллов PbTe (1), Pb0,83Sn0,17Te (2), Pb0,8Sn0,2Te (I) (3) и Pb0,8Sn0,2Te (II) (4) от разбавления базового травителя (БР) эти- ленгликолем (I — области полирующих и II — неполирующих раство- ров).2 ВЛИЯНИЕ МОДИÔИÊÀТОРÀ ВЯЗÊОСТИ В H2O2–HBr–ЭТИЛЕНГЛИÊОЛЬ 645 ная плёнка, в то время как после ХДП на поверхности плёнка отсутствовала, однако наблюдались белые пятна. Исследования микроструктуры поверхностей PbTe и Pb1xSnxTe после различных обработок показали, что после проведения про- цесса ХМП качество полированной поверхности наилучшее. Сравнение микроструктуры поверхностей PbTe и Pb1xSnxTe после операций ХМП и ХДП, проведённых травителем одного и того же состава, показали, что качество полированной поверхности после ХМП лучше по сравнению с ХДП. Это подтверждается и результатами исследования её шероховатости. Результаты иссле- дований показаны на рис. 3. Àнализ данных ÀСМ, полученных на типовых поверхностях PbTe, показал, что поверхность образ- цов после ХМП обработки (рис. 3, a) более гладкая, чем после ХДП (рис. 3, б). Параметры шероховатости поверхности кристал- лов PbTe после ХМП травильными композициями Н2О2–НBr–ЭГ следующие: средняя арифметическая шероховатость поверхности Ra0,9 нм, Rmax14,8 нм (тут и далее площадь анализируемого фрагмента — 33 мкм) (рис. 3, a), а после последующего этапа обработки методом ХДП — Ra2,2 нм, Rmax33,0 нм (рис. 3, б). ХМП по сравнению с ХДП характеризуется несколько лучшими параметрами шероховатости; это может быть связано с тем, что при ХМП на поверхность образца оказывают совместное воздей- ствие химически активная среда (травитель) и мягкий полиро- вальник, способствующий равномерному травлению по всей по- верхности образца, а также сглаживанию всех выступов и мик- ронеровностей. В зависимости от поставленной задачи, комбинируя последова- а б Рис. 3. Трёхмерное ÀСМ-изображение поверхности монокристаллов PbTe после ХМП (а) и ХДП (б) обработки (процессы проводили полирующим раствором H2O2–HBr–ЭГ: ХМП — 1 мин и ХДП — 2 мин, 78 мин–1).3 646 Г. П. МÀЛÀНИЧ, В. Н. ТОМÀШИÊ тельность ХМП и ХДП и используя бромвыделяющие травиль- ные композиции (Н2О2–НBr–ЭГ)/ЭГ, можно получить высокока- чественную полированную поверхность PbTe с заданными пара- метрами, которая соответствует требованиям (значение Ra10 нм), предъявляемым к полированным сверхгладким поверхно- стям полупроводниковых материалов [8]. Таким образом, используя одни и те же компоненты, можно формировать полирующие травильные композиции (H2O2–HBr– ЭГ)/ЭГ с необходимым спектром скоростей ХМП. Следует также подчеркнуть, что такие полирующие смеси характеризируются значениями рН 4,0–6,0, что очень важно при использовании их в процессах, поскольку во многих случаях травитель вследствие своей сильнокислой или щелочной реакции может разъедать ма- териал полировальника и при этом вносить дополнительные за- грязнения на поверхность полупроводниковых пластин. 4. ВЫВОДЫ Исследованы процессы химико-механического и химико- динамического полирований поверхности монокристаллов PbTe и Pb1xSnxTe бромвыделяющими травителями (Н2О2–НBr–ЭГ)/ЭГ. На основе экспериментальных исследований оптимизированы соста- вы полирующих композиций для обработки кристаллов методами ХМП и ХДП. Показано, что обработка монокристаллов раствора- ми (H2O2–HBr–ЭГ)/ЭГ дает возможность получить сверхгладкую поверхность (Ra10 нм). ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Ê. Сангвал, Травление кристаллов: теория, эксперимент, применение (Москва: Мир: 1990) (пер. с англ.). 2. М. С. Êорець, І. Г. Трегуб, С. М. Яшанов, Матеріалознавство інформаційної техніки: навчальний посібник (Êиїв: Вид-во НПУ імені М. П. Драгоманова: 2011). 3. L. Hitova and E. P. Trifonova, Crystal Res. & Technol., 19: 105 (1984). 4. Y. Sternberg and N. Yellin, J. Cryst. Growth, 53, No. 3: 535 (1981). 5. З. Ô. Томашик, Г. П. Маланич, В. Н. Томашик, И. Б. Стратийчук, Г. À. Пащенко, À. С. Êравцова, Вопросы химии и хим. технологии, № 4: 120 (2012). 6. Б. Д. Луфт, В. À. Перевощиков, Л. Н. Возмилова, И. À. Свердлин, Ê. Г. Марин, Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников (Москва: Радио и связь: 1982). 7. Г. П. Маланич, З. Ô. Томашик, В. М. Томашик, І. Б. Стратійчук, Н. В. Сафрюк, В. П. Êладько, Науковий вісник Чернівецького національного університету. Хімія, вип. 640: 72 (2013). 8. С. С. Поп, І. С. Шароді, Фізична електроніка (Львів: Євросвіт: 2001). ВЛИЯНИЕ МОДИÔИÊÀТОРÀ ВЯЗÊОСТИ В H2O2–HBr–ЭТИЛЕНГЛИÊОЛЬ 647 REFERENCES 1. K. Sangwal, Etching of Crystals: Theory, Experiment, and Application (Amsterdam: Elsevier: 1987). 2. M. S. Korets’, I. H. Trehub, S. M. Yashanov, Materialoznavstvo Informatsiynoyi Tekhniky: Navchal’nyy Posibnyk [Material Science Information Technology: Textbook] (Kyyiv: Vyd-vo NPU imeni M. P. Drahomanova: 2011). 3. L. Hitova and E. P. Trifonova, Crystal Res. & Technol., 19: 105 (1984). 4. Y. Sternberg and N. Yellin, J. Cryst. Growth, 53, No. 3: 535 (1981). 5. Z. F. Tomashyk, G. P. Malanych, V. N. Tomashyk, I. B. Stratiychuk, G. A. Pashchenko, and A. S. Kravtsova, Voprosy Khim. Khim. Tekhnol., No. 4: 120 (2012) (in Ukrainian). 6. B. D. Luft, V. A. Perevoshchikov, L. N. Vozmilova, I. A. Sverdlin, and K. G. Marin, Fiziko-Khimicheskie Metody Obrabotki Poverkhnosti Poluprovodnikov [Physicochemical Methods of Processing of Semiconductors’ Surface] (Moscow: Radio i Svyaz’: 1982) (in Russian). 7. G. P. Malanych, Z. F. Tomashyk, V. M. Tomashyk, I. B. Stratiychuk, N. V. Safryuk, and V. P. Klad’ko, Nauk. Visnyk Chernivets’koho Natsional’noho Universytetu. Khim., Iss. 640: 72 (2013) (in Ukrainian). 8. S. S. Pop and I. S. Sharodi, Fizychna Ehlektronika [Physical Electronics] (Lviv: Eurosvit: 2001) (in Ukrainian). V. Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, N.A.S. of Ukraine, 41 Nauky Ave., 03028 Kyyiv, Ukraine 1 Fig. 1. The concentration dependences of the etching rate (m/min) for the PbTe (а), Pb0.83Sn0.17Te (б), Pb0.8Sn0.2Te (I) (в), and Pb0.8Sn0.2Te (II) (г) single crystals in H2O2–HBr–EG solutions; the H2O2:HBr:EG volume ratio in corners A, B, and C is 2:98:0, 2:48:50, and 10:90:0, respectively (I—polishing solutions and II—nonpolishing solutions). 2 Fig. 2. Dependences of the CMP (Т294 K) (а) and CDP (Т294 K, 78 min–1) (б) rates for the PbTe (1), Pb0.83Sn0.17Te (2), Pb0.8Sn0.2Te (I) (3), and Pb0.8Sn0.2Te (II) (4) single crystals versus volume ratio of base etchant B and ethylene glycol (I—polishing and II—unpolishing solutions). 3 Fig. 3. Three-dimensional AFM image of the PbTe surface after the CMP (а) and CDP (б) treatment (processes were carried out with the H2O2–HBr–EG polishing solution CMP during 1 min and CDP during 2 min with 78 min–1).

Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe

Institution

Similar Items