РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Механічна обробка поверхні напівпровідників
перед хімічним травленням
Напівпровідникові пластини, що застосовуються для формування приладів
електронної техніки повинні бути досконалими за атомною будовою і мати високу
точність геометричних параметрів, для чого необхідно розробляти оригінальні
технології механічної, хімічної та хіміко-механічної обробки монокристалічних
зразків та плівок.
Напівпровідникові монокристали, як правило, пружні, тобто проявляють
властивості з відносно малою пластичною складовою. Тому їх механічна обробка в
більшості випадків супроводжується крихким руйнуванням. В результаті одночасної
дії на поверхню напівпровідника великої кількості зерен абразиву в
приповерхневих шарах утворюється густа сітка тріщин з приблизно однаковою
глибиною, які можуть перетинатися між собою. Суміжні тріщини обмежують невеликі
об'єми напівпровідникового матеріалу, які досить легко виколюються під дією
дотичних навантажень з боку абразивних зерен. Процес абразивної обробки
напівпровідників зводиться, фактично, до виколювання ослаблених частинок
матеріалу. Такий характер носить обробка зв'язаним і вільним абразивом, коли
використовують відносно великі порошки з розміром зерен понад декілька
мікрометрів, тобто при різці та шліфуванні [145].
Недосконалість структури створює додаткові труднощі при механічній обробці.
Так, при деяких умовах розрізання зливків на пластини неоднорідність окремих
ділянок матеріалу проявляється в тому, що якість одержаної поверхні є різною.
Низька тріщиностійкість CdTe обумовлює необхідність шліфування при малих
навантаженнях і тисках на зразок (2 - 4 кПа), оскільки їх підвищення викликає
значне збільшення Rz поверхні, а також веде до сколювання. Крім того відомо, що
при шліфуванні CdTe, товщина порушеного шару істотно залежить від діаметру
зерна абразиву, як і у випадку монокристалів Si [146].
Зразки із вирощених монокристалічних зливків нами вирізались за допомогою
струнної різки з алмазним напиленням, при чому струна змочувалась дистильованою
водою. Геометричні розміри зразків були такими: для CdTe ~ 7ґ5ґ1 мм, з
орієнтацією (110); для твердих розчинів Cd1-xZnxTe та CdxHg1-xTe ~ 10ґ10ґ2 мм.
Для шліфування поверхні після різки використовувались абразивні порошки марок
М 10 та М 5, відповідно. Шліфувальні суміші готувались у вигляді водних
суспензій абразивних порошків з етиленгліколем або етиловим спиртом.
Для видалення приповерхневих структурно-дефектних шарів, що утворюються при
різці та шліфовці проводилось механічне полірування зразків. Механічно
поліровані поверхні займають проміжне положення між шліфованими і
протравленими: товщина порушеного шару в них є близькою до товщини порушеного
шару травлених поверхонь, а його структура подібна до структури порушеного шару
при шліфуванні. Під час полірування використовують абразивні порошки переважно
субмікронних фракцій і відносно малі контактні навантаження, тому в результаті
послідовно видаляються пластично деформовані приповерхневі мікрооб'єми [147].
Нами проводилось полірування на алмазних пастах марок АСМ 7/5, потім АСМ 3/2 і
АСМ 1/0 із поступовим зменшенням розміру зерна абразиву.
Міжопераційна очистка застосовується для видалення з поверхні забруднень на
різних стадіях виготовлення робочих елементів напівпровідникових пристроїв:
після різки, шліфовки, механічної та хіміко-механічної поліровки. Спочатку
видаляються фізичні або механічні забруднення (порошинки, частинки абразивних і
металічних матеріалів та волокон, напівпровідника, що викришився). Органічні
забруднення (змазки, клеї, рештки суспензії, відбитки пальців та ін.) остаточно
видаляються в процесі знежирювання в органічних розчинниках.
Міжопераційна очистка пластин CdTe проводилась після кожного етапу механічної
обробки поверхні. Так, після різки, шліфування вільним абразивом і механічного
полірування залишки шліфувальної суспензій, частинки матеріалу, бруд і т. і.
видаляли за такою технологічною схемою: промивка зразків у дистильованій воді
із додаванням поверхнево-активних речовин; промивка у дистильованій воді;
знежирювання в етиловому спирті; знежирювання у ацетоні; висушування в потоці
сухого повітря.
Механічно полірована поверхня CdTe стабільна в часі, однак вона не є структурно
досконалою, в зв'язку з чим перед дослідженням з поверхні пластин видаляли шар
товщиною 50 - 80 мкм в травнику того ж складу, у якому в подальшому проводили
процес травлення чи хіміко-динамічного полірування.
2.2. Вивчення кінетики розчинення напівпровідникових матеріалів
Хімічне травлення напівпровідникових матеріалів базується на процесах їх
розчинення. Тому знання кінетичних закономірностей, механізму і характеру
процесу розчинення напівпровідника є однією з найважливіших умов і критеріїв
вибору відповідних складів травників для технологічних операцій полірування,
анізотропного або селективного травлення [148].
Для виявлення лімітуючих стадій процесу травлення і визначення оптимальних
режимів обробки вивчали залежності швидкості травлення від температури,
швидкості перемішування розчинів і концентрації компонентів травильних
композицій. Це вимагало створення стабільних і відтворюваних гідродинамічних і
температурних режимів.
Створення відтворюваних температурних режимів не є складною технологічною
проблемою. Травлення проводили в термостатованій камері, у якій витримували
розчин перед травленням протягом 40-60 хв, нагрівали або охолоджували травник.
Точність контролю складала ± 0,5 К.
Відтворювані гідродинамічні умови обтікання пластини травником досягалися за
допомогою диску, що обертається, який забезпечує однакову доступн
- Київ+380960830922