摘要

我們?nèi)A林科納對(duì)h2so4-h202-h20體系中（100）砷化鎵的蝕刻情況進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究了特定蝕刻劑成分的濃度對(duì)蝕刻速率和晶體表面形狀的影響。從這些結(jié)果中，蝕刻浴組成的吉布斯三角形被劃分為與晶體表面的不同狀態(tài)和各種蝕刻機(jī)制相對(duì)應(yīng)的部分。蝕刻后的晶體表面的形狀與同一溶液中沿同一方向蝕刻的凹槽的輪廓密切相關(guān)。

介紹

本文研究（100）砷化鎵在硫酸、過(guò)氧化氫和水溶液中的化學(xué)蝕刻具有重要的技術(shù)和科學(xué)意義。該解決方案通常用于按照半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的操作順序制備表面。因此，應(yīng)該優(yōu)化溶液；另一方面，所得結(jié)果為討論異質(zhì)性反應(yīng)機(jī)理提供了一個(gè)很好的起點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中使用的h20-H202-h2so4體系的溶液濃度范圍受到可用試劑濃度的限制。溶液的組成通常用吉布斯三角形上的體積百分比來(lái)描述，其頂點(diǎn)是水、30%的過(guò)氧化氫和96%的硫酸。溶液中高濃度的硫酸會(huì)導(dǎo)致部分過(guò)氧化氫分解。為了估計(jì)溶液的穩(wěn)定性范圍，在混合后立即用高錳酸鉀滴定，2和24h后用高錳酸鉀滴定。如果分析結(jié)果與計(jì)算出的成分相差小于5%，且與相同的水平穩(wěn)定，則認(rèn)為溶液是穩(wěn)定的。室溫下的穩(wěn)定線對(duì)應(yīng)于50vol%H2SO4，在攪拌溶液中略低于這個(gè)值，如圖1和2所示。所有溶液均由適量的h2硫酸鹽與h20混合并冷卻到室溫下制備。然后緩慢加入H202，以避免溫度升高。為了討論反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和機(jī)理，可以方便地將溶液組成以摩爾百分比表示。

在攪拌的蝕刻過(guò)程中，蝕刻晶片被手工擺動(dòng)。攪拌強(qiáng)度的變化對(duì)蝕刻速率和表面質(zhì)量沒(méi)有影響。用掃描電子顯微鏡觀察蝕刻表面的質(zhì)量，而在光學(xué)顯微鏡下觀察晶片中蝕刻的凹槽的形狀。

結(jié)果和討論

將動(dòng)力學(xué)測(cè)量的結(jié)果與圖tt和圖12中給出的表面狀態(tài)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，可能會(huì)進(jìn)行一些有趣的觀察。在整個(gè)低h2硫酸鹽濃度的范圍內(nèi)(圖中的場(chǎng)a。9)，即高達(dá)~4mol%H2S04，通過(guò)蝕刻獲得的表面圖片是相同的。在圖中可以清楚地看到一些微米大小的圖形形狀的表面形態(tài)。從圖中曲線的形狀來(lái)看，以及從蝕刻表面的各向異性類型，我們可以得出結(jié)論，在這個(gè)組成范圍內(nèi)，蝕刻機(jī)制是相同的，控制反應(yīng)是表面氧化，集中在所謂的活性點(diǎn)。蝕刻是選擇性的。表面狀態(tài)對(duì)氧化濃度缺乏依賴性，以及隨著h2硫酸鹽濃度增加到工具%的蝕刻速率的顯著增加，似乎排除了表面的選擇性氧化。這種不一致可以被解釋為，如果我們假設(shè)H202分子的氧化能力只與它們與H+離子的激活有關(guān)。因此，即使在蝕刻進(jìn)行的大濃度的氧化劑下，蝕刻仍然具有選擇性，蝕刻結(jié)果受到少數(shù)因素的影響，即酸，它負(fù)責(zé)反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為離子形式，并導(dǎo)致一個(gè)平滑的表面。由此可以得出結(jié)論，硫酸可能通過(guò)H202分子的激活而積極參與氧化反應(yīng)。

圖10中的字段f仍然在低氧化劑濃度的范圍內(nèi)，因此可以預(yù)期的選擇性蝕刻，因此，表面應(yīng)該發(fā)展。在這個(gè)范圍內(nèi)，可以觀察到鏡狀表面，但覆蓋著許多形狀良好的晶體，通過(guò)x射線分析確定為As203。Weiss還報(bào)道了砷化鎵（111）B表面覆蓋著亞砷酸鹽晶體。蝕刻過(guò)程在這里受到H202分子向固體表面擴(kuò)散的限制，而吸附和氧化過(guò)程沒(méi)有任何障礙，可能是由于高H2so4的濃度和H-+離子的激活作用。

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蝕刻輪廓 略

結(jié)論

本文講述了溶液在室溫下的穩(wěn)定性范圍并對(duì)h2so4-h202-h20體系中的有效成分進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)大約50種不同成分的溶液中的蝕刻過(guò)程的檢查導(dǎo)致了幾種表面狀態(tài)的多樣化，包括攪拌和未攪拌溶液中的鏡狀表面。這些觀察結(jié)果與動(dòng)力學(xué)檢查結(jié)果的相關(guān)性使我們能夠提出在特定的組成范圍內(nèi)的主要機(jī)制。蝕刻特性和表面類型都影響沿方向的槽輪廓的形狀。底部為圓形的凹槽對(duì)應(yīng)于光滑的表面，而在所有其他情況下，將壁（111）A和（111）B和平坦的底部顯示出來(lái)。