ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН НА МЕХАНИЗМ ИХ АНОДИРОВАНИЯ

Проведено исследование влияния кристаллографической ориентации кремниевых пластин на процесс формирования слоев пористого кремния методом электрохимического анодирования во фтористоводородной кислоте. Анализ изображений сколов образцов с различной кристаллографической ориентацией, полученных методом сканирующей электронной микроскопии, показал, что поры в пористом кремнии на пластинах с ориентацией (111) имеют более разветвленный древообразный вид и большую пористость по сравнению с таковыми на пластинах с ориентацией (100). Данная особенность объясняется различиями в строении приповерхностного слоя кристалла и количестве связей Si-Si в разных направлениях. Так, у кристалла с ориентацией (100) каждый поверхностный атом кремния имеет две связи, соединяющие его с находящимися ниже атомами, а также две поверхностные оборванные связи, способные вступать во взаимодействие с ионами фтора. При анодировании путем инжекции электронов в кремний прикладывается энергия, достаточная для разрыва нижних связей с образованием SiF комплекса. Наличие двух связанных с поверхностным атомом кремния ионов фтора приводит к ослаблению связей поверхностного атома Si с нижерасположенными, делая разрыв связей Si-Si более энергетически выгодным. Для кристалла же с ориентацией (111) у атомов кремния присутствует только одна оборванная связь на поверхности, а для разрыва связей с нижерасположенными атомами кремния требуется бóльшая энергия активации в связи с их бóльшим количеством (три по сравнению с двумя для (100)). Заключено, что именно по данной причине травление подложек с ориентацией (111) происходит медленнее. Полученные результаты позволяют оценить влияние кристаллической структуры на процесс травления, в частности на его скорость и направление, что является особенно важным фактором при анодировании пластин с ориентацией (111).

кремниевые наноструктуры, пористый кремний, электрохимическое травление

1. Korotcenkov G. Porous Silicon: From Formation to Application: Formation and Properties, Volume One. New York: CRC Press; 2016.

2. Korotcenkov G., Cho B.K.. Porous semiconductors: Advanced material for gas sensor applications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2010;35(1):1-23. https://doi.org/10.1080/10408430903245369

3. Kochergin V., Föll H. Porous Semiconductors: Optical Properties and Applications. London: Springer; 2009.

4. Jakubowicz J. Nanoporous silicon fabricated at different illumination and electrochemical conditions. Superlattices and Microstructures. 2007;41(4):205-215. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2006.12.003.

5. Sailor M.J. Fundamentals of Porous Silicon Preparation. New York: Wiley; 2012.

6. Xiao C., Guo J., Zhang P. Chen C., Chen L., Qian L. Effect of crystal plane orientation on tribochemical removal of monocrystalline silicon. Scientific Reports. 2017;7(40750). https://doi.org/10.1038/srep40750

7. Manilov A.I., Skryshevsky V.A. Hydrogen in porous silicon. Materials Science and Engineering B. 2013;178:942-955. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2013.05.001

8. Dhanekar S, Jain S. Porous silicon biosensor: Current status. Biosensors and Bioelectronics. 2013;41:54-64. https://doi.org/10.1016/j.bios.2012.09.045

9. Monteiro T.S., Kastytis P., Goncalves L.M., Minas G., Cardoso S. Dynamic Wet Etching of Silicon through Isopropanol Alcohol Evaporation. Micromachines. 2015;6(10):1534-1545. https://doi.org/10.3390/mi6101437

10. Adams T., Layton R. Introductory MEMS: Fabrication and Applications. New York: Springer; 2010.