1.2.4. Механизм анодного растворения кремния в разбавленных растворах hf

При анодном перенапряжении до 0.2В (до критической плотности тока) в растворе, содержащем 0.1 моль/л HF и 0.9 моль/л NH₄F, кремний р-типа окисляется до Si (II), коричневая аморфная пленка не образуется, хотя водород выделяется. На основании этого Мемминг и Швандт [3] предложили иной механизм электрохимической реакции анодного растворения кремния до Si (II) с участием воды вместо HF:

Si + 2H₂O + 2e⁺ Si(OH)₂ + 2H⁺ (1.16)

Они, как и Тарнер, предусматривают реакцию диспропорционирования Si(OH)₂, однако, предполагают, что быстрее идут химические реакции:

Si(OH)₂ + 2H₂O H₂ + Si(OH)₄ SiO₂ + H₂O, (1.16а)

Si(OH)₂ + 2HF H₂ + Si(OH)₂F₂ (1.16b)

На поверхности кремниевого анода формируется оксидная пленка из-за недостаточной скорости подвода HF к аноду. На это указывают: отклонение зависимости ток – напряжение от уравнения Тафеля; отклонение зависимости анодного тока вращающегося дискового электрода из p-Si от скорости его вращения от уравнения Левича [3]. Возможно, это связано с формированием на аноде тонкой пленки SiO·xH₂O.

При перенапряжении более 0.2…0.3В в том же растворе выделения Н₂ не наблюдается, кремний окисляется до Si (IV) согласно суммарной реакции:

Si + 4H₂O + 4e⁺ Si(OH)₄ SiO₂ + H₂O. (1.17)

Для электрохимической части реакции (1.17) Р. Мемминг и Г. Швандт [3] предложили детальную схему, соответствующую схеме Геришера (cм. рис. 1.1). На поверхности кремниевого анода образуется пленка SiO₂ высокого сопротивления, и скорость анодного растворения кремния р-типа и высоколегированного n-типа определяется концентрацией фторидионов и скоростью их подвода к поверхности анода.

2. Методика получения пористого кремния методом электрохимического травления

2. 1. Подготовка образцов к электрохимическому травлению

Подготовка образцов состоит из следующих этапов:

1. Формирование подложки

2. Химическая обработка

3. Формирование омического контакта

4. Крепление выносного электрода и пассивация поверхности электрода

5. Определение площади активного травления

6. Расчет режимов электрохимического травления состава электролита

2.1. 1. Формирование подложки.

В качестве исходного кремния в работе используются пластины монокристаллического кремния марки КДБ10 ориентации (111) и толщиной 380 мкм. С помощью сапфировой иглы скрайбированием из пластин вырезаются квадратные заготовки площадью 2,25 см².

2.1.2. Химическая обработка.

Химическая обработка пластин проводиться под наблюдением преподавателя с соблюдением правил техники безопасности при работе с химическими реактивами. (См. инструкцию «Меры предосторожностей при работе с химреактивами»). Пластины - заготовки проходят химическую обработку с целью очистки от органических и неорганических загрязнений. Обработка пластин – заготовок проводиться последовательно в растворах КАРО (кислотно-аммиачный раствор) и АПР (аммиачно-перекисный раствор), согласно технологической карте процесса. Затем заготовки, промываются в деионизованной воде. После промывки образцы подвергаются травлению в 10% растворе плавиковой кислоты ″до скатывания″. Данная операция направлена на снятие поверхностного слоя оксида кремния. Далее образцы повторно промываются в деионизованной воде и высушиваются в вакуумной камере при температуре 250 ⁰С и давлении 10^-4 мм.рт.ст. Контроль качества подготовки поверхности образцов осуществляется на световом микроскопе LATIMET-20. К последующей операции допускаются образцы, удовлетворяющие следующим критериям:

1. На поверхности образцов при визуальном осмотре не допускаются большие области( более 1/3 площади активной поверхности) с радужными разводами и матовостями.

2. В поле зрения микроскопа при увеличении 100 не допускается более 10 крупных дефектов (легко обнаруживаемых).

3. Плотность дислокаций выходящих на поверхность не должна превышать плотность выше 10⁴ см^-2.