1.3.3. Вольтамперные характеристики при формировании низкоразмерного кремния

При электрохимическом травлении кремния в растворах плавиковой кислоты можно получить ВАХ, вид которых обусловлен типом проводимости. На рис. 1.4, а, рис. 1.4, б представлены типичные ВАХ. Отличительной особенностью ВАХ для p-кремния является быстрый рост тока при малых напряжениях, если образец кремния является анодом. Если же образец кремния является катодом, то ток начинает течь через систему «кремний – электролит» при значительно больших напряжениях (рис. 1.4, а). Для кремния электронного типа проводимости вид ВАХ иной (рис. 1.4, б). В этом случае прямая ветвь вольтамперной характеристики будет похожа на прямую ветвь рис. 1.4, а только при принудительной подсветке образца кремния. На прямых ветвях ВАХ имеются два разных по величине скачка тока. Первый (маленький) скачок тока соответствует формированию анодного оксида. Второй (большой) скачок тока характеризует формирование низкоразмерного к ремния. В ц елом ж е н а п рямых в етвях ВАХ м ожно в ыделить т ри зоны (рис. 1.5). В области А происходит формирование низкоразмерного кремния. В зоне С кремний электрополируется. В переходной области напряжений В существует формирование каналов и электрополирование кремния, которые отвечают за управление поверхностной морфологией. Результирующая структура в пределах этой области является в общем пористой по своей природе, но диаметр каналов быстро увеличивается, поскольку электрополировка берет верх над морфологией поверхности. Область С связана с отрицательным сопротивлением, соответствующим формированию поверхностного анодного оксида, необходимого для электрополирования. Хотя точный состав поверхностного оксида не определен, механизм его формирования подобен анодному пассивированию и отрицательному сопротивлению, т. е. так называемому металлическому «клапану». На ВАХ в области С может отсутствовать падение тока. В этом случае наблюдается горизонтальный участок («полочка»), как показано на рис. 1.6 (кривая 4). Если же процесс анодирования осуществляется в темноте, то подъем прямой ветви начинается с больших напряжений. Обратная ветвь, наоборот, начинает резко возрастать при маленьких напряжениях. Следовательно, снимая прямые и обратные ветви ВАХ без принудительной подсветки образцов кремния при его электрохимическом травлении в растворах плавиковой кислоты, можно судить о типе электропроводимости кремния. Таким образом, в электрохимическом поведении кремния n- и p-типа при формировании наноканалов имеются существенные отличия, обусловленные как типом проводимости, так и различием кинетики формирования, его структуры, состава и толщины. Несмотря на большие объемы теоретических и практических данных процессы формирования наноканалов в кремнии при его электрохимической обработке до конца не изучены. Внешний вид ВАХ определяется значениями следующих параметров: легированием образца, составом и концентрацией электролита, режимами освещения, температурой. Образование структур с заданной морфологией возможно проводить следующим образом.

а) б)

Рис. 1.4. Типичные вольтамперные характеристики для кремния, электрохимически

протравленного в растворе плавиковой кислоты: а – для p-типа проводимости; б – для n-

типа проводимости

Рис. 1.5. Вольтамперная характеристика

формирования наноканалов в матрице кремния

Рис. 1.6. Вольтамперная характеристика

формирования наноканалов в матрице кремния

Путем снятия ВАХ можно выбрать рабочие точки по току и напряжению в указанных выше трех областях ВАХ и сформировать любую из основных морфологических структур либо любую их комбинацию, перемещаясь по ВАХ в ходе анодирования.