Особенности структуры пористого кремния, сформированного на сильнолегированных пластинах монокристаллического кремния электронного типа проводимости

С помощью сканирующей электронной микроскопии изучены структуры поверхности и внутренних областей пористого кремния, полученного анодированием сильнолегированных пластин монокристаллического кремния электронного типа проводимости в растворе фтористоводородной кислоты при различных плотностях тока. Установлено, что на поверхности пористого кремния имеются поры темно-серого и светло-серого цветов, отличающиеся размерами и плотностью расположения. Поры темно-серого цвета имеют большие размеры, а их плотность примерно в 5–10 раз меньше, чем плотность светло-серых пор. Показано, что поры светло-серого цвета представляют собой неразвившиеся поры небольшой глубины, а темно-серые являются входными отверстиями глубоких пор бутылкообразной формы, проходящих от поверхности вглубь монокристалла. Эквивалентные диаметры светло-серых пор на поверхности пористого кремния составляют 12–15 нм и практически не зависят от плотности анодного тока. При этом эквивалентные диаметры темно-серых пор и средние расстояния между их центрами увеличиваются по линейному закону от 15 до 35 нм на поверхности и от 35 до 120 нм для внутренних областей пористого кремния при увеличении плотности тока от 30 до 90 мА/см². Средняя толщина элементов кремниевого скелета на поверхности составляет около 3 нм и увеличивается до 5–6 нм во внутренних областях пористого кремния. Задавая плотность анодного тока, можно получать слои пористого кремния с различными структурными параметрами. Результаты исследований имеют практическую значимость для формирования композитных материалов на основе пористого кремния, который используется как пористая матрица для осаждения металлов и полупроводников.

1. Uhlir A. (1956) Electrolytic Shaping of Germanium and Silicon. Bell Syst. Tech. J. 35, 333–338. http://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1956.tb02385.x.

2. Labunov V. A., Bondarenko V. P., Borisenko V. E. (1978) Porous Silicon in Semiconductor Electronics. Foreign Electronics Technology. (15) (in Russian).

3. Konaka S., Tabe M., Sakai T. (1982) A New Silicon on Insulator Structure Using a Silicon Molecular Beam Epitaxial Growth on Porous Silicon. Appl. Phys. Lett. 41, 86–88. https://doi.org/10.1063/1.93298.

4. Labunov V. A., Bondarenko V. P., Glinenko L. K., Basmanov I. N. (1983) Process of Formation of Porous Silicon and Autoepitaxy on Its Surface. Sov. J. Microelectron. 12, 11–15.

5. Yonehara T., Sakaguchi K. (2001) ELTRAN: Novel SOI Wafer Technology. JSAP Int. 4, 10–16.

6. Lamedica G., Balucani M., Bondarenko V., Franchina L., Dolgyi L., Yakovtseva V., et al. (2000) Investigation of Morphology of Porous Silicon Formed on n+-Type Silicon. J. Porous Mat. 7, 23–26. https://doi.org/10.1023/A:1009627412800.

7. Chubenko E., Redko S., Dolgiy A., Bandarenka H., Bondarenko V. (2016) Porous Silicon as Substrate for Epitaxial Films Growth. Porous Silicon: Opto- and Micro-Electronic Applications. CRC Press, Taylor and Francis Group, USA. 141–162.

8. Canham L. T. (1990) Silicon Quantum Wire Array Fabrication by Electrochemical and Chemical Dissolution of Wafers. Appl. Phys. Lett. 57, 1046–1048. http://dx.doi.org/10.1063/1.103561.

9. Martin-Palma К. J., Costa V. T. (2018) Microscopy of Porous Silicon. Springer International Publishing AG, Part of Springer Nature. 572–583. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71381-6_41.

10. Chubenko E., Redko S., Dolgiy A., Bandarenka H., Prischepa S., Bondarenko V. (2016) Porous Silicon as Host and Template Material for Composites and Hybrid Materials. Porous Silicon: Opto- and Microelectronic Applications. CRC Press, Taylor and Francis Group, USA. 181–205.

11. Grevtsov N., Chubenko E., Bondarenko V., Gavrilin I., Dronov A., Gavrilov S. (2021) Electrochemical Deposition of Indium onto Oxidized and Unoxidized Porous Silicon. Thin Solid Films. 734 (138860). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138860.

12. Gavrilin I. M., Grevtsov N. L., Pavlikov A. V., Dronov A. A., Chubenko E. B., Bondarenko V. P., et al. (2022) A New Approach for Producing of Film Structures Based on SiGe. Mater. Lett. 313 (131802). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.131802.

13. Grevtsov N., Chubenko E., Bondarenko V., Gavrilin I., Dronov A., Gavrilov S., et al. (2024) Composition-Adjustable Silicon-Germanium Alloy Films Based on Porous Silicon Matrices. Materials. Today Communications. 38 (107886). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.107886.

14. Haeri Morteza, Haeri Mohammad (2015) ImageJ Plugin for Analysis of Porous Scaffolds Used in Tissue Engineering. Software Metapapers. 3 (1). https://doi.org/10.5334/jors.bn.