Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення
В роботі встановлено вплив дефектів на пороутворення фосфіду індію, основні спостереження
 зроблено на основі аналізу ямок травлення, які утворюються під час електрохімічної обробки
 кристалу. Основний метод спостереження – растрова електронна мікроскопія, дозволив простежити дефектн...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98934 |
| 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: | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення / Я.О. Сичікова // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 1. — С. 85–89. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860247528603123712 |
|---|---|
| author | Сичікова, Я.О. |
| author_facet | Сичікова, Я.О. |
| citation_txt | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення / Я.О. Сичікова // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 1. — С. 85–89. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | В роботі встановлено вплив дефектів на пороутворення фосфіду індію, основні спостереження
зроблено на основі аналізу ямок травлення, які утворюються під час електрохімічної обробки
кристалу. Основний метод спостереження – растрова електронна мікроскопія, дозволив простежити дефектну структуру кристалу за формою та розміром ямок травлення.
В работе установлено влияние дефектов на порообразование фосфида индия, основные наблюдения сделаны на основе анализа ямок травления, которые образовываются во время
электрохимической обработки кристалла. Основной метод наблюдения – растровая электронная микроскопия, разрешил проследить дефектную структуру кристалла по форме и размером ямок травления.
Influence of defects is in process set on порообразование of phosphide of indium, basic supervisions
are done on the basis of analysis of fossils etch that appear during electrochemical treatment of
crystal. Basic method of supervision – raster electronic microscopy, let to trace the imperfect structure
of crystal in due form and measuring fossils of etch.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:38:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
85
ВСТУП
Низькорозмірні напівпровідники є предметом
активних досліджень завдяки модифікованим
оптичним й електричним властивостям, обу-
мовленими квантово-розмірними ефектами,
що мають місце в нанорозмірних структурах.
Одержання одномірних наноструктур відкри-
ває можливості створення нового класу елект-
ронних, оптичних і механічних наноприладів.
Область застосування поруватих матеріалів
росте з кожним днем: мікроелектроніка, опто-
електроніка, сонячні елементи, оптика, сенсо-
ри, медична діагностика й лікування.
Для отримання поруватих InР структур ви-
користовують HCl, HBr, HF і КОН електроліти
[1 – 3]. Встановлено, що структури, сформо-
вані в розчинах HF, демонструють видиму фо-
толюмінісценцію в спектральному діапазоні
від жовтого до червоних кольорів, тоді як у
зразках, оброблених в HCl й HBr електролітах,
істотної ФЛ у видимому діапазоні не спосте-
рігалося. Поряд з типом електроліту на морфо-
логію пор впливає освітленість [4, 5]. При ви-
сокому рівні освітленості замість формування
пор має місце електролітичне полірування.
Найбільш якісні структури отримані в темряві.
Незважаючи на те, що результати дослід-
ження морфології поверхні й оптичних влас-
тивостей por-InР, отриманих електрохімічним
травленням у різних електролітах, приводя-
ться рядом наукових груп, існує обмежена
кількість робіт присвячених аналізу залежності
структури поруватого InР від режимів трав-
лення. Тим більше зовсім недостатньо розгля-
нуто вплив дефектів на процеси пороутво-
рення фосфіду індію. Дана робота присвячена
дослідженню дефектної структури фосфіду
індію по ямкам травлення, що виникають під
час електрохімічного травлення кристалу і мо-
жуть слугувати джерелом корисної інформації
про стан напівпровідника.
ЗРАЗКИ ТА ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Для експерименту нами були використані мо-
нокристалічні зразки блочного n-InP, виро-
щеного за методом Чохральского з кристало-
графічною орієнтацією (111) та концентрацією
носіїв заряду 2,3⋅1018 см–3, що мали дзеркально
гладку поверхню темно-сірого кольору.
УДК 539.217; 544.723
ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФЕКТНОЇ СТРУКТУРИ ФОСФІДУ ІНДІЮ
ЗА ЯМКАМИ ТРАВЛЕННЯ
Я.О. Сичікова
Бердянський державний педагогічний університет
Україна
Надійшла до редакції 13.02.2012
В роботі встановлено вплив дефектів на пороутворення фосфіду індію, основні спостереження
зроблено на основі аналізу ямок травлення, які утворюються під час електрохімічної обробки
кристалу. Основний метод спостереження – растрова електронна мікроскопія, дозволив просте-
жити дефектну структуру кристалу за формою та розміром ямок травлення.
Ключові слова: ямки травлення, електрохімічна обробка, растрова мікроскопія, фосфід індію.
В работе установлено влияние дефектов на порообразование фосфида индия, основные на-
блюдения сделаны на основе анализа ямок травления, которые образовываются во время
электрохимической обработки кристалла. Основной метод наблюдения – растровая элект-
ронная микроскопия, разрешил проследить дефектную структуру кристалла по форме и раз-
мером ямок травления.
Ключевые слова: ямки травления, электрохимическая обработка, растровая микроскопия,
фосфид индия.
Influence of defects is in process set on порообразование of phosphide of indium, basic supervisions
are done on the basis of analysis of fossils etch that appear during electrochemical treatment of
crystal. Basic method of supervision – raster electronic microscopy, let to trace the imperfect structure
of crystal in due form and measuring fossils of etch.
Keywords: fossils of etch, electrochemical treatment, raster microscopy, phosphide of indium.
Я.О. Сичікова, 2012
ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 1, vol. 10, No. 186
Вибір зразків для експериментів обумовле-
ний тим фактом, що в площині (111) спостері-
гається висока густина дислокацій розмірами
сотні нанометрів в твердих розчинах А3В5 ,
зокрема у InP. При цьому максимальні меха-
нічні навантаження складали (1,5) ГПа, що
співпадає з оцінками, зробленими у наших ро-
ботах для поруватих структур.
Зразки очищалися в етиловому спирті. По-
рувата поверхня формувалася шляхом анод-
ного електролітичного травлення. Цей метод
є найбільш простим, ефективним та дешевим
для одержання поруватої поверхні напівпро-
відників групи А3В5 (та інших напівпровідни-
ків). Плазмове травлення теж ефективне для
утворення пор на монокристалічній поверхні,
але така методика є більш складною та доро-
гою. У якості основи електроліту нами була
обрана плавікова кислота (HF), травники на
основі якої є найбільш хімічно активні по
пороутворенню в монокристалах інтермета-
левих сполук А3В5 . Використовувався розчин
плавикової кислоти (48%), етилового спирту
(C2H5OH) та води у відношенні 1:2:1. Також
було обрано режим фіксованої густини струму,
яка регулювалася у діапазоні 30 – 110 мА/см2.
Напруга змінювалася у діапазоні 2 – 10 В, що
достатньо для виникнення і розповсюдження
пор в кристалах з порушенням кристалогра-
фічної структури, зокрема за рахунок дисло-
кацій. Час травлення складав (5 – 15) хвилин.
Катодом служила пластина платини. Робоча
поверхня зразків складала 0,12 см2. Діаметр
зворотної поверхні зразка, що контактувала з
позитивним полюсом джерела електричної
енергії, був значно більшим, ніж діаметр вікна
травлення. Експерименти проводилися при
кімнатній температурі. Після травлення зраз-
ки попередньо промивалися в етиловому
спирті, а потім просушувалися на повітрі. Для
стабілізації властивостей зразки витримува-
лися при нормальних атмосферних умовах на
протязі декількох днів.
Морфологія поверхні досліджувалася на
растровому електронному мікроскопі JSM-
6490.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ
Рис. 1 демонструє фрагмент поверхні порува-
того зразка n-InP, з якого чітко видно місцепо-
ложення утворення ядер пор. Краї пор трохи
розтягнуті в площині (111). Аніони (іони F-)
відіграють вирішальну роль в формуванні пор
(їх форми, діаметру, глибини, положення то-
що). Розподіл щільності пор і місцеположення
ядер утворення пор дуже нерівномірний; спо-
стерігається суттєва негомогенність. Діаметр
пор складає від 100 нм до 0,6 мкм. Можна по-
мітити, що як в площині поверхні (111), так і
вглиб зразка (вздовж кристалографічної осі
(111)) пори практично не мають виділеного
напрямку росту (кола на поверхні та сферичні
сегменти, що створюють тупики в порах в на-
прямку росту), що в більшій мірі проявляється
при травленні поверхні, на яку виходять еле-
менти третьої групи – (111)В поверхні.
При вивченні мікроструктур поруватих ша-
рів дуже часто виявляється загальна для всіх
напівпровідникових сполук A3B5 особливість
пороутворення, що виразно виявляється у
визначеному для кожного з матеріалів діапа-
зоні складів електролітів і електричних напруг
зсуву та струмів, часів травлення і стану по-
верхні [6]. Цією особливістю є негомогенне в
площині з кристалографічною орієнтацією
(111) розповсюдження пор. Пори, що розви-
ваються у кристалографічних напрямах (111),
мають практично симетричний (близький до
колового) поперечний перетин.
Поруваті шари з вираженою вглиб зразка
анізотропною структурою формуються пора-
ми, що розповсюджуються від поверхні і гіл-
куються в об’ємі переважно вздовж криста-
лографічної осі (111) по напрямах А або В.
Глибина пор залежить від дефектності ма-
теріалу в місцях формування пор. Затравками
Рис. 1. Поверхня поруватого фосфіду індію, отриманого
методом електрохімічного травлення в розчині плави-
кової кислоти.
ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФЕКТНОЇ СТРУКТУРИ ФОСФІДУ ІНДІЮ ЗА ЯМКАМИ ТРАВЛЕННЯ
87
пор слугують дислокації, що є джерелами пру-
жних механічних напружень, породжуючи
навколо себе пружні деформації. Пружні вза-
ємодії вихідних дислокацій з точковими де-
фектами кристалічної структури приводять до
підвищення концентрації остаточних дефектів
поблизу осі дислокації і створення хмарки Ко-
трелла. Відомо, що дислокації суттєво впли-
вають на механічні властивості кристалів зав-
дяки порушенню регулярності кристалічної
гратки в ядрі дислокації. Така ситуація при-
зводить до зменшення внутрішньої енергії
кристалу, а отож, і до ослаблення хімічної стій-
кості речовини в ядрі дислокації та поблизу
нього, при цьому, деякі реагенти створюють
ямки травлення.
При використовуванні електролітів, що міс-
тять аніони одного сорту, виділеними напря-
мами розповсюдження (мультиплікації) пор
завжди виявляються поверхня (111)B, форму-
вання пор в площині якої є енергетично більш
вигідним.
На рис. 2 представлено зображення розко-
лу поруватого зразка n-InP, на якому можна
спостерігати вихід дислокації під поверхню
кристалу. Такі великі дислокації зустрічаються
в кристалах не дуже часто, але вони можуть
суттєво впливати на властивості як вихідних
кристалів, так і поруватих сполук, отриманих
методом електрохімічного травлення. У дано-
му випадку селективне травлення зразка дало
змогу спостерігати цей обширний структур-
ний дефект. Слід зауважити, що методи спо-
стереження дислокацій показують не саму ди-
слокацію, а спотворення кристалічних граток
поблизу неї.
У ряді випадків має місце електрохімічна
дія домішкових атомів кристала на процеси
розчинення у області виходу дислокацій на
поверхню, оскільки локалізація домішки часто
здійснюється у області ліній дислокацій [7].
Симетрія та періодичність ансамблю пор пов-
торює симетрію та періодичність дефектної
структури InP, що виникає у приповерхневому
шарі напівпровідника.
У InP пори в площині поверхні (111)B ви-
никають у всьому діапазоні електричних по-
тенціалів формування пор, відповідних умо-
вам пороутворення, у всіх фторидних електро-
літах.
Вельми істотне значення для утворення
добре сформованих крупних ямок має склад
травника (селективного розчинника). Часто
до складу травника вводять речовини, що ад-
сорбуються на поверхні кристала і забезпе-
чують велику контрастність виявлення вихо-
дів дислокацій.
При використанні фторидного водного ро-
зчину (без додавання етилового спирту) утво-
рюється порувата поверхня з сильно розви-
неною морфологією. Рис. 3 демонструє пору-
вату структуру, утворену на поверхні n-InP
(111) шляхом електрохімічного травлення в
електроліті на основі плавикової кислоти
(HF:H2O = 1:1).
Такі структури характеризуються високою
поруватістю (до 90%), значним розтравлю-
ванням поверхні та глибокими масивними ям-
ками травлення. Цікавим являється той факт,
що пори не проростають рівномірними взає-
мопаралельними каналами, а утворюють
Рис. 2. Спотворення кристалічної гратки навколо дисло-
кації, виявлене методом селективного електрохімічного
травлення.
Рис. 3. Порувата структура, утворена на поверхні
n-InP (111) шляхом електрохімічного травлення
(HF:H2O = 1:1).
Я.О. СИЧІКОВА
ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 1, vol. 10, No. 1
ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 1, vol. 10, No. 188
складну дендроїдну структуру в об’ємі крис-
талу. Під розтравленими ділянками можна
спостерігати відносно невеликі пори, які за-
роджуються вже на деформованій травником
поверхні. З цього можна зробити висновок,
що процес травлення є функцією часу – пори
утворюються нерівномірно, а по мірі дії елект-
роліту на кожну точку поверхні кристалу. Крім
того, в об’ємі кристалу при цьому теж спо-
стерігається активний процес – канал пори
розгалужується, утворюючи гілки, що можуть
рухатися по різним напрямкам. Однак напря-
мок росту вторинних пор підпорядковується
деяким закономірностям. Переважними шля-
хами росту є: кристалографічні напрямки
<111>А та <111>В, лінії дислокацій та об’єм-
них дефектів, скупчення легуючої домішки та
ін.
При травленні кристалу фосфіду індію вда-
лося спостерігати ще один феномен – дефекти
кристалічної гратки впливають не лише на
поверхневу морфологію (розмір пор, пору-
ватість), а й на глибину поруватого шару. Так,
в області, що була щільно населена дефектами
(сегрегація домішки, скупчення дислокацій),
пори проросли на значно більшу глибину, ніж
на ділянках з меншою концентрацією дефектів.
При цьому це явище спостерігалося в об’ємі
одного зразку, який рівномірно піддавали дії
струму (рис. 4).
В місцях локалізації дефектів глибина от-
ворів пор перевищувала 30 мкм (на деяких ді-
лянках до 50 мкм), тоді як середня глибина
пор на цих же зразках складала 20 мкм. В при-
нципі, така поведінка кристалу при травлення
є логічною, але вона дозволяє більш пред-
метно розглядати вплив дефектів на процеси
пороутворення. З одного боку, нерівномірність
поруватого шару є небажаною для подаль-
шого застосування нанокристалів. З іншого,
такі досліди дозволяють спостерігати різні ви-
ди дефектів кристалічної гратки. До того ж,
перетравленні ділянки з високим відсотком
поруватості мають дуже велику ефективну
площу, так як пори розповсюджуються не тіль-
ки по поверхні кристалу, але й в його об’ємі,
створюючи складну систему нанокристалітів.
ВИСНОВКИ
Таким чином, дослідження ямок травлення –
важливий метод спостереження дефектної
структури кристалу. Він дозволяє якісно і кіль-
кісно оцінити структуру реальних кристалів,
яка не являється ідеальною навіть при вико-
ристанні новітніх методів росту. В роботі вста-
новлено вплив дефектів на пороутворення
фосфіду індію, основні спостереження зроб-
лено на основі аналізу ямок травлення, які ут-
ворюються під час електрохімічної обробки
кристалу.
Слід зауважити, що електрохімічний про-
цес розглядається не тільки як метод спосте-
реження дефектів, але й як спосіб отримання
принципово нового класу матеріалів, що ма-
ють унікальні властивості, які дозволяють роз-
глядати вже відомі і добре досліджені напів-
провідники в нових галузях техніки, елект-
роніки, оптики.
ЛІТЕРАТУРА
1. Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Сукач Г.А..
Формирование пористой структуры фосфида
индия с заданными свойствами. Моногра-
фия. – Донецк: Юго-Восток, 2010. – 230 c.
2. Спосіб отримання макропоруватої поверхні
фосфіду індію методом електролітичного
травлення у розчині плавикової кислоти/Пат.
51830 Україна, МПК(2006): G01N 27/00./
Сичікова Я.О., Кідалов В.В., Сукач Г.О. –
Опубл. 10. 08. 2010. Бюл. № 15/2010.Рис. 4. Формування глибоких ямок травлення в місцях
локалізації дефектів.
ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФЕКТНОЇ СТРУКТУРИ ФОСФІДУ ІНДІЮ ЗА ЯМКАМИ ТРАВЛЕННЯ
89
3. Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Сукач Г.А.
Влияние типа аниона электролита на морфо-
логию пористого InP, полученого методом
электролитического травления//Ж. нано- і
електрон. фіз. – 2009. – Т. 1, № 4.– С. 69-77.
4. Suchikova Y., Kidalov V., Sukach G. Blue Shift
of Photoluminescence Spectrum of Porous InP
//ECS Trans. – 2010. – Vol. 25 (24), No. 59. –
Р. 59-64.
5. Foll H., Langa S., Carstensen J., Christopher-
sen M., Tiginyanu I.M. Pores in III-V semicon-
ductors//Advanced Materials. – 2003. – Vol. 15,
№ 3. – Р. 183-198.
6. Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Сукач Г.А. Ис-
следование полос роста фосфида индия мето-
дом селективного электрохимического трав-
ления//Sensor Electronics and Microsystem
Technologies. – 2010. – № 1. – С. 52-57.
7. Спосіб дослідження композиційної неоднорід-
дності структури кристалів фосфіду індію. –
Пат. 93456 Україна, МПК(2006): G01N 27/00.
Пат. 50341 Україна, МПК(2006): G01N 27/00./
Сичікова Я.О., Кідалов В.В., Сукач Г.О.–
Опубл. 10.02.2011. – бюл. № 3/2011.
LІTERATURA
1. Sychikova Ya.A., Kidalov V.V., Sukach G.A..
Formirovanie poristoj struktury fosfida indiya s
zadannymi svojstvami. Monografiya. – Doneck:
Yugo-Vostok, 2010. – 230 s.
Я.О. СИЧІКОВА
ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 1, vol. 10, No. 1
2. Sposіb otrimannya makroporuvatoї poverhnі fos-
fіdu іndіyu metodom elektrolіtichnogo travlennya
u rozchinі plavikovoї kisloti. – Pat. 51830 Ukraїna,
MPK(2006): G01N 27/00./ Sichіkova Ya.O.,
Kіdalov V.V., Sukach G.O. – Opubl. 10. 08. 2010.
– Byul. № 15/2010.
3. Sychikova Ya.A., Kidalov V.V., Sukach G.A. Vli-
yanie tipa aniona elektrolita na morfologiyu po-
ristogo InP, poluchenogo metodom elektro-
liticheskogo travleniya//Zh. nano- і elektron. fіz.
– 2009. – T. 1, № 4.– S. 69-77.
4. Suchikova Y., Kidalov V., Sukach G. Blue Shift
of Photoluminescence Spectrum of Porous InP
//ECS Trans. – 2010. – Vol. 25 (24), No. 59. –
P. 59-64.
5. Foll H., Langa S., Carstensen J., Christopher-
sen M., Tiginyanu I.M. Pores in III-V semicon-
ductors//Advanced Materials. – 2003. – Vol. 15,
№ 3. – P. 183-198.
6. Sychikova Ya.A., Kidalov V.V., Sukach G.A. Is-
sledovanie polos rosta fosfida indiya metodom
selektivnogo elektrohimicheskogo travleniya//
Sensor Electronics and Microsystem Technolo-
gies. – 2010. – № 1. – S. 52-57.
7. Sposіb doslіdzhennya kompozicіjnoї neodnorіd-
nostі strukturi kristalіv fosfіdu іndіyu. – Pat. 93456
Ukraїna, MPK(2006): G01N 27/00. Pat. 50341
Ukraїna, MPK(2006): G01N 27/00./Sichіkova
Ya.O., Kіdalov V.V., Sukach G.O. – Opubl.
0.02.2011. - byul. № 3/2011.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98934 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:38:15Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сичікова, Я.О. 2016-04-19T15:09:42Z 2016-04-19T15:09:42Z 2012 Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення / Я.О. Сичікова // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 1. — С. 85–89. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98934 539.217; 544.723 В роботі встановлено вплив дефектів на пороутворення фосфіду індію, основні спостереження
 зроблено на основі аналізу ямок травлення, які утворюються під час електрохімічної обробки
 кристалу. Основний метод спостереження – растрова електронна мікроскопія, дозволив простежити дефектну структуру кристалу за формою та розміром ямок травлення. В работе установлено влияние дефектов на порообразование фосфида индия, основные наблюдения сделаны на основе анализа ямок травления, которые образовываются во время
 электрохимической обработки кристалла. Основной метод наблюдения – растровая электронная микроскопия, разрешил проследить дефектную структуру кристалла по форме и размером ямок травления. Influence of defects is in process set on порообразование of phosphide of indium, basic supervisions
 are done on the basis of analysis of fossils etch that appear during electrochemical treatment of
 crystal. Basic method of supervision – raster electronic microscopy, let to trace the imperfect structure
 of crystal in due form and measuring fossils of etch. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення Article published earlier |
| spellingShingle | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення Сичікова, Я.О. |
| title | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| title_full | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| title_fullStr | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| title_full_unstemmed | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| title_short | Дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| title_sort | дослідження дефектної структури фосфіду індію за ямками травлення |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98934 |
| work_keys_str_mv | AT sičíkovaâo doslídžennâdefektnoístrukturifosfíduíndíûzaâmkamitravlennâ |