ВИПУСКНА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
у формі бакалаврської роботи
Створення низькорозмірних середовища в арсеніді галію для пристроїв мікро-та наноелектроніки
ЗМІСТ
Введення
1. Арсенід галію як перспективний матеріал мікро-і наноелектроніки
1.1 Властивості і застосування арсеніду галію
1.2 Пориста матриця арсеніду галію та її структурні властивості
1.3 Оптичні властивості пористої матриці
2. Формування низькорозмірних середовища в арсеніді галію
2.1 Дослідження електрофізичних параметрів вихідного монокристалічного арсеніду галію
2.1.1 Визначення кристалографічної орієнтації підкладок
2.1.2 Визначення типу провідності підкладок методом термо-ЕРС
2.1.3 Визначення концентрації основних носіїв заряду
2.2 Формування пористої матриці в арсеніді галію
2.2.1 Електрохімія напівпровідників
2.2.2 Технологічні умови формування пористого арсеніду галію
3. Дослідження пористого арсеніду галію
3.1 Структурні властивості
3.1.1 Оптична мікроскопія
3.1.2 Електронна мікроскопія
3.2 Електричні властивості
3.3 Оптичні властивості
Висновок
Список використаних джерел
ВСТУП
В даний час основним матеріалом функціональної електроніки є ареснід галію, як самий універсальний за своїми електрофізичними властивостями з всіх напівпровідникових матеріалів типу.
Фізико-хіміч
ні властивості пористих напівпровідників досить давно привертають увагу дослідників, що застосовують подібні матеріали в технології напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Так, пористий кремній, одержуваний зазвичай методом електрохімічного травлення, широко використовується в технології В«кремній на діелектрикуВ», для створення провідних шарів, а також в якості підкладок для гетероепітаксіі [6]. Інтерес до пористих напівпровідників помітно зріс після виявлення інтенсивної фотолюмінесценції у пористої модифікації кремнію - спочатку напівпровідника зі слабкою випромінювальної здатністю [7-10]. Умови отримання та властивості пористого арсеніду галію поки залишаються маловивченими. У літературі зустрічаються лише уривчасті дані, свідчать про можливості його одержання методом електрохімічного травлення [11-13].
Згідно з літературними даними, процес пороутворення в арсеніді галію відбувається за схемою пороутворення кремнію, але зі своєю специфікою: результати досліджень говорять про те, що шари пористого арсеніду галію мають нестіхіометрічний складу зі значним надлишком атомів миш'яку. Встановлено, що кістякову основу шарів складають стовпчики-перегородки, розділені системою пір, орієнтованих уздовж кристалографічного напрямку [111]. Пористі шари зберігають монокристалічних структуру підкладки, але можуть мати змінений параметр решітки - О”а/а.
1 Арсенід галію як перспективний матеріал мікро-та наноелектроніки
1.1 Властивості і застосування арсеніду галію
Арсенід галію - один з перспективних напівпровідникових матеріалів, який завдяки своїм властивостям знаходить широке застосування в розробці нових типів напівпровідникових приладів.
Деякі електронні властивості GaAs перевершують властивості кремнію. Носії заряду в арсеніді галію володіють більш високою рухливістю, дозволяє працювати на частотах до 250 ГГц. Також прилади на основі GaAs генерують менше шуму, ніж кремнієві пристрої на тій же операційної частоті. Через більш високої напруги пробою в GaAs ніж в Si ці прилади можуть працювати при більшій потужності. Ці властивості роблять GaAs широко застосовуваним в мобільних телефонах, твердотільних лазерах, деяких радарних системах. Напівпровідникові прилади на основі арсеніду галію мають більш високу радіаційну стійкість, ніж кремнієві, що обумовлює його використання за наявності радіаційного випромінювання (наприклад, в сонячних батареях в космічній техніці).
Основне застосування має:
1) Полуізолірующій (ПІ) GaAs з високою питомою опором (107 Ом.см). Використовується при виготовленні високочастотних інтегральних схем (ІС) і дискретних мікроелектронних приладів. Крім високого питомого опору монокристали нелегованого GaAs, застосовувані в виробництві високочастотних приладів (особливо з використанням технологій іонної імплантації), повинні мати високі значення рухливості носіїв заряду і високу макро-і мікроскопічну однорідність розподілу властивостей як в поперечному перерізі, так і по довжині вирощених зливків.
2) Легований кремнієм GaAs n-типу провідності з низькою щільністю дислокацій. Застосовується при виготовленні світлодіодів і лазерів. Монокристали сильно легованого кремнієм (1017-1018 см-3) GaAs, крім високої провідності, повинні володіти достатньо досконалою кристалічною структурою. Вони широко використовується в оптоелектроніці для виготовлення інжекційних лазерів, світло-і фотодіодів, фотокатодів, є прекрасним матеріалом для генераторів НВЧ-коливань, застосовуються для виготовлення тунельних діодів, здатних працювати при більш високих температурах, ніж кремнієві і на більш високих частотах, ніж германієві.
3) Монокристали арсеніду галію, леговані хромом, використовують в інфрачервоній оптиці.
4) Монокристали GaAs, леговані цинком або телуром, застосовують у виробництві оптоелектронних приладів.
1.2 Пориста матриця арсеніду галію і її структурні властивості
Пористий арсенід галію отримують шляхом електрохімічного анодування монокристалічного GaAs. В якості електроліту найбільш часто використовуються водні розчини фторводородной кислоти (HF), а також її суміші з соляною (HCl) і азотної (HNO3) кислотами.
Електрохімічне анодування пластин може проводитися в гальваностатіческом і потенціостатичні режимах. У першому випадку через пластину GaAs пропускається струм постійної на всьому протязі експерименту амплітуди, в той час як при потенціостатичні режимі постійним залишається напруга. Однак в силу причини низької ефективності потенціостатичні методу, в переважній більшості експериментів використовується гальваностатіческій метод.
У результаті реакції електрохімічного травлення на поверхні GaAs можуть утворюватися хімічні сполуки типу, що мають алмазоподібних форму кристаліти, а при травленні в хлорвмісних розчині ще й.
У зв'язку з тим, що процес пороутворення проходить при безпосередньому участю дірок, а їх концентрація в GaAs n-типу досить мала, виникає необхідність створення додаткових умов для їх генерації. Найчастіше для цієї мети застосовують імпульсний джерело освітлення, світлом якого в процесі травлення підсвічується зразок.
пористих арсенід галію, як і пористого кремнію, властиво значне збільшення площі поверхні - до 600 м2/см3.
В GaAs пори ростуть уздовж кристалографічного напрямку [111] (малюнок 1). Отже, в пластинах з орієнтацією (111) пори ростуть перпендикулярно поверхні, а в пластинах з орієнтацією (100) під кутом ~ 35 В°.
Рисунок 1 - Перпендикулярний поверхні ріст пір на пластині орієнтації (111)
В залежності від багатьох факторів (щільність струму, що протікає через зразок, кристалографічна орієнтація пластини, тип провідності, рівень легування, склад і температура травителя, наявність або відсутність підсвічування, стан поверхні), пористі шари можуть дуже сильно відрізнятися за своїми структурним властивостям [14, 15].
У тому випадку, коли діаметр пор більше 50 нм, говорять про наявність макропористого структури; при діаметрі пір від 50 нм до 5 нм говорять про мезапорістом шарі, і в разі діаметра пор менше 5 нм говорять про мікропористої структурі шару.
Для зразків p-типу, як показують автори роботи [15], формування на поверхні пор кристалітів не спостерігається, як це було в випадку деяких зразків пористого n-GaAs. У той же час сумарна кількість атомів кисню, що...
