РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Попередня механічна обробка поверхні напівпровідників
Однією з основних задач хімічної обробки напівпровідників при виготовленні приладів електронної техніки є формування технологічно або фізико-хімічно чистих поверхонь. Висока якість поверхні є необхідною умовою одержання структурно досконалих епітаксійних шарів. При цьому повинні забезпечуватись важливі параметри поверхні: відсутність структурно-порушеного шару, мінімальна величина шорсткості, плоскопаралельність і її хімічна чистота. Для цього необхідно розробляти оригінальні технології механічної, хімічної та хіміко-механічної обробки напівпровідникових монокристалічних зразків і плівок.
Зразки для дослідження вирізались з монокристалічних зливків за допомогою струнної різки з алмазним напиленням. В процесі різки струну змочували дистильованою водою. В результаті різки утворюється нерівна поверхня, а також деформований шар, який можна частково видалити механічним шліфуванням. Процес механічного шліфування здійснювали з використанням абразивних порошків М 10 та М 5. Шліфувальні суміші готували у вигляді водних суспензій абразивних порошків з етиленгліколем або етиловим спиртом. Шліфувальники повинні бути виготовлені з достатньо твердих матеріалів: скла, кераміки. Перед початком роботи поверхню шліфувальників необхідно перевіряти на площинність [80].
Ще одним етапом попередньої обробки поверхні напівпровідникових монокристалів при видаленні приповерхневих структурно-дефектних шарів, що утворюються при різці і шліфуванні, для надання їм потрібної товщини, строго геометричних параметрів (площинності і плоскопаралельності), є механічне полірування. Для його здійснення використовують абразивні порошки субмікронних фракцій і відносно малі контактні навантаження, в результаті чого послідовно видаляються деформовані приповерхневі мікрооб'єми [81]. Ми проводили полірування на алмазних пастах різної зернистості АСМ 7/5, АСМ 3/2 і АСМ 1/0 із поступовим зменшенням розміру зерна абразиву. Однак при активній механічній дії абразивних зерен на поверхню, що обробляється, утворюється значний за глибиною порушений шар, що обмежує області використання цього методу. Мінімальна дефектність поверхні досягається при хіміко-механічному поліруванні (ХМП), яке здійснюється в результаті дії як хімічних, так і механічних факторів. Швидкість знімання матеріалу, якість поверхні і геометричні параметри напівпровідникового кристалу, кількість і глибина структурних порушень у великій мірі пов'язані з умовами полірування, оскільки в залежності від складу суспензії, температури обробки і тиску на пластини може переважати хімічна або механічна складова процесу полірування. Найчастіше з різних методів механічного полірування використовують полірування алмазними порошками, яке проводять суспензіями або пастами. Механічне і хіміко-механічне полірування проводиться на полірувальнику, для виготовлення якого використовуються м'які натуральні і штучні матеріали. В процесі експлуатації полірувальник очищають і промивають від відходів полірування і залишків пасти. ХМП забезпечує більш високу якість обробки порівняно з алмазним: реактиви окиснюють або розчиняють поверхневі шари пластин, а абразив і полірувальник механічно видаляють продукти реакції і мікроскопічні об'єми самого напівпровідникового матеріалу.
Важливим етапом при виготовленні робочих елементів напівпровідникових пристроїв є проведення міжопераційної очистки, яка використовується для видалення з поверхні пластин забруднень, що утворюються при різці, шліфуванні, механічному та хіміко-механічному поліруванні. Так, фізичні або механічні забруднення (порошинки, частинки абразивних матеріалів та напівпровідника, який зшліфувався) видаляють за допомогою промивки в дистильованій воді, додаючи при цьому поверхнево-активні речовини. Після цього зразок промивають дистильованою водою. З метою видалення органічних забруднень (змазок, клею, решток суспензії, відбитків пальців) використовують процес знежирювання в органічних розчинниках, наприклад, в етиловому спирті, ацетоні, після чого монокристал висушується потоком сухого повітря.
Як завершальний етап одержання поверхні високої якості використовують хіміко-динамічне полірування (ХДП), яке забезпечує збереження геометричних параметрів і досягнення гладкої поверхні підкладки та визначається гідродинамічним режимом травлення. Такий режим створюється за допомогою використання диску, що обертається. При цьому забезпечується рівномірне обтікання пластини розчином, підвід травильної суміші до кристалу і відвід продуктів реакції, які утворились в результаті взаємодії активних компонентів з поверхнею напівпровідника [82-84].
Для проведення експериментальних досліджень використовували монокристалічні зразки нелегованого CdTe, орієнтовані в напрямку [110], легованого германієм CdTe, а також твердих розчинів Zn0,04Cd0,96Te, Zn0,2Cd0,8Te і Cd0,22Hg0,78Te. Площа монокристалічних пластин складала ? 0,5 см2, а товщина - 1,5-2 мм. Після механічного полірування пластини приклеювали піцеїном неробочою стороною на кварцеві підкладки. Перед дослідженням з їх поверхні видаляли порушений при різці, шліфуванні і хіміко-механічному поліруванні шар товщиною 100-150 мкм в травнику того ж складу, в якому проводили подальше розчинення. Одночасно розчиняли 3-4 зразки. Протравлені пластини промивали спочатку в 1 М розчині Na2S2O3 для повного розчинення іоду з поверхні, потім в дистильованій воді і висушували на повітрі.
Швидкість розчинення визначали за зменшенням товщини кристалу [85] до і після травлення годинниковим індикатором ІЧ-1 з точністю ? 0,5 мкм, причому розходження в вимірюваній товщині, як правило, не перевищувало 5 %.
При приготуванні іодвиділяючих розчинів їх витримували приблизно 2 год для повного встановлення рівноваги хімічної взаємодії між компонентами.
2.2. Дослідження кінетичних закономірностей розчинення напівпровідникових матеріалів
Розчинення напівпровідникових кристалів представляє собою ря
- Київ+380960830922