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. https://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. https://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.