ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
СЛОЕВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ И
СТРУКТУР НА ЕГО ОСНОВЕ
2.1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ И СТРУКТУР НА ЕГО ОСНОВЕ
Для приготовления образцов пористого кремния использовались кремниевые пластины
марки 100-2ВК ЭКДБ (111), (100) и 100-2ВК КЭФ (111) толщиной 450 мкм с
удельными сопротивлениями 0,005 Ом·см, 0,03 Ом·см и 10 Ом·см. Данные ориентации
были выбраны по той причине, что скорость травления кремния с ориентацией (100)
намного выше, чем у (111) [4,36,78]. Образцы пористого кремния изготавливались
электрохимическим травлением в растворах плавиковой кислоты HF(49 %):C2H5OH =
1:1 и HF(49 %):C2H5OH:H2O = 1:2:1 по объему. На процесс получения пористого
кремния влияет множество факторов (ориентация подложки кристалла, состав
травителя, плотность тока анодного травления, время травления, степень
легирования образца, наличие или отсутствие подсветки). Мы варьировали два
параметра – плотность протекающего через образец тока j~5ё100 мA/см2 и время
травления t ~2ё60 мин. Эти параметры выбирались как диапазон включающий в себя
оптимальный результат по интенсивности фотолюминесценции и другим
эксплуатационным параметрам. Анодирование проводилось при комнатной температуре
без подсветки в двухкамерной электрохимической ячейке с платиновыми электродами
и площадью рабочей области 0,6 см2. Схема установки для получения пористого
кремния приведена на рисунке 2.1. Пластину кремния помещали между двумя
кюветами, одна кювета была заполнена раствором
травителя и в неё опускали платиновый электрод; другая кювета заполнена водным
раствором NaCl, увеличивающим эффективную площадь контактной поверхности, в неё
опускали электрод из нержавеющей стали. На платиновый электрод подавалось
постоянное отрицательное напряжение U = 99 В, плотность тока задавалась и
поддерживалась неизменной при помощи блока питания Б 5-49. Приготовленные
образцы ополаскивались дистиллированной водой. Для стабилизации свойств все
образцы до начала измерений в течение нескольких суток были выдержаны на
воздухе при нормальных условиях.
Толщина слоев пористого кремния определялась оптическим микроскопом и лежала в
пределах от 0,2 до 60 мкм. Для изучения электрофизических свойств слоев
пористого кремния были созданы сэндвич-структуры Al/ПК-(c-Si)/Al. Фронтальный
контакт формировался напылением в вакууме алюминиевого слоя под острым углом
(3-5°) на поверхность пористого кремния для исключения электрических закороток
из-за проникновения металла в поры. Площади контактов примерно составляли 1-4
мм2. Тыловой омический контакт к кремниевой подложке создавали до анодизации
испарением слоя алюминия с последующим отжигом при температуре 776 К в течение
часа.
В данной работе анализируются экспериментальные результаты в рамках модели, не
учитывающей проявление барьера Шоттки Al/ПК. Измерения вольт-амперных
характеристик исследуемых структур с напыленными пленками Al, нанесенными как
на толстые, так и тонкие слои ПК, не показали проявления барьера Шоттки Al/ПК.
В работе подобраны такие режимы осаждения, при которых металл осаждается только
на поверхностные квантово-размерные нанокристаллиты (не осаждаясь при этом на
дно пор и не проникая глубоко в них). Эта дифференциация связана с
квантово-размерным увеличением ширины запрещенной зоны (Eg) нанокристаллитов
кремния и с зависимостью коррозионной устойчивости
полупроводника от величины Eg. Известно, что для атомных решеток типа Si, Ge и
др. (если только не изменяется характер их межатомных связей) существует
определенная параллель между прочностью межатомных связей и симбатно им
изменяющимися значениями ширины запрещенной зоны [101]. Этот случай реализуется
при квантово-размерных изменениях ширины запрещенной зоны кристаллитов кремния.
Чем больше величина Eg, тем прочнее межатомные связи в кремниевом кристаллите,
тем выше его химическая и, в том числе, коррозийная устойчивость. В результате
возникает ситуация, при которой квантово-размерные нанокристаллиты могут не
принимать участия в реакциях замещения атомов кремния атомами металла.
Для изучения структуры слоев пористого кремния исследовались вольт-фарадные
характеристики. На рисунке 2.2 приведена схема установки. Установка позволяла
измерять абсолютные значения емкости до 400 пФ с точностью до 4% и напряжения
до 0,5%. Напряжение на образце фиксировалось вольтметром М 502. При помощи
осциллографа С1-1 сравнивалось напряжение на образце и на эталонном
сопротивлении. Емкость структур измерялась мостом Е 10-2. Мост работал по
принципу схемы сравнения. Анализ фольт-фарадных характеристик позволяет
получить информацию о параметрах гетерограницы ПК–(c-Si), таких как
концентрация примесей в области перехода, толщина перехода, напряженность поля
и т.д. [102]. Измерения проводились на частоте 1 МГц, что позволяло исследовать
барьерную емкость структур. Величина подаваемого на образец переменного
напряжения не превышала 50 мВ. В установке предусмотрена возможность измерения
частотных характеристик емкости до 30 МГц и температурных зависимостей емкости
в интервале температур 77–400 К.
На рис. 2.3. приведена зависимость емкости от смещения для структуры
Al/ПК–(c-Si)/Al. При обратном смещении (“–” на подложке) зависимость
С-2(U) линейна, что соответствует постоянству концентрации электронов в слое
пористого кремния, прилегающем к области объемного заряда гетерограницы. При
изменении направления поля на ряде образцов емкость слабо зависит от
напряжения, что связано с образованием на гетерогранице высокоомного слоя.
Концентрация электронов в квазинейтральной области пористого кремния,
определенн
- Київ+380960830922