Механизм травления
В зависимости от вида материала, состава травителя и условий травления принято различать два механизма травления полупроводников в растворе в отсутствие внешнего источника тока: электрохимический и химический.
Для электрохимического механизмахарактерно протекание на поверхности полупроводника двух сопряженных реакций, идущих с одинаковыми скоростями: анодного окисления полупроводника и катодного восстановления окислителя. В случае атомно-гладкой поверхности эти реакции могут локализоваться в одних и тех же участках. На реальной поверхности они пространственно разделены, и таким образом в процессе травления поверхность представляет собой растр микроанодных и микрокатодных участков. Сопряженные анодные и катодные реакции протекают на тех участках поверхности, где это энергетически более выгодно – в местах кристаллографических или химических неоднородностей, на микровыступах и микровпадинах, в местах локализации загрязнений и т.д. Электрическая связь «анодов» и «катодов» осуществляется через раствор-травитель. Электрохимический механизм саморастворения полупроводника является более универсальным.
Отличие поведения полупроводника от металла в электролите обусловлено рядом особенностей. По сравнению с металлом в полупроводнике существенно ниже концентрация носителей заряда. Если в металле концентрация электронов не менее ~1028м-3, то в полупроводнике (даже вырожденном) она не превышает ~1026м-3. В отличие от металла в полупроводнике возможно существование двух типов носителей заряда: электронов и дырок. На свойства полупроводника, в том числе и на свойства его поверхности, большое влияние оказывают различного рода нарушения, примеси, внешние воздействия.
Поэтому скорости растворения полупроводников в электролите существенно ниже, а анодные характеристики полупроводников n- ир-типов сильно отличаются.
Химический механизм травления. В этом случае на поверхности полупроводника протекают окислительно-восстановительные реакции, связанные с непосредственным, чисто химическим, взаимодействием молекул травителя с поверхностными атомами, приводящим к одновременному образованию в травителе продуктов реакции в виде растворимых комплексов полупроводника. Процесс травления в целом подчиняется законам химической кинетики.
1
Электрохимический потенциал определяется
как
,
гдеF
- число Фарадея; zi
– зарядовое число частицы; i
- химический потенциал частиц;
- электрический потенциал среды