Создание слоев пористого кремния на p-Si

1. Создание слоев пористого кремния на p-Si.

2. Закономерности порообразования в Si n- и р- типов проводимости

Закономерности порообразования в Si n- и ртипов проводимости
Влияние типа проводимости Si на радиальные размеры пор
а)
б)
в)
г)
СЭМ-изображение поверхностей слоев ПК, полученных в одинаковых технологических
2
условиях на пластинах марок: а) КЭФ 0,01; б) КЭФ 0,7; в) КЭФ 5 ; г) КЭФ110.

3. Закономерности порообразования в Si n- и р- типов проводимости

Закономерности порообразования в Si n- и ртипов проводимости
Влияние типа проводимости Si на радиальные размеры пор
а)
б)
в)
СЭМ-изображение
поверхностей
слоев ПК, полученных в одинаковых
технологических
условиях
на
пластинах марок: а) КДБ 0,005; б)
КДБ 35,5; в) КДБ 20.
Зависимости радиального размера пор на
образцах КЭФ (1) и КДБ (2) от их удельного
сопротивления (На вставке представлена
увеличенная начальная часть графика).
3

4. Расчет диаметров пор в n- и р-Si

4
3
Экспериментальные (1,3) и расчетные (2,4) зависимости радиальных размеров пор
от удельного сопротивления р-Si (1,2); n-Si (2,3,4). (* зависимость, расcчитанная
по формуле (1) совпадает для n- и р-Si).
Формулы для расчета диаметра пор :
4

5. Закономерности порообразования в Si n- и р- типов проводимости

Закономерности порообразования в Si n- и ртипов проводимости
Влияние типа проводимости Si на плотность распределения пор
Марка Si
Концентрация
Количество пор в
примеси, см-3
пересчете на 100 мкм2
КЭФ 0, 0125
~ 5·10 18
95000
КЭФ 5,5
~ 4·10 15
200
КЭФ 7,5
~ 1·10 15
100
КДБ 0, 005
~ 2·10 19
1000
КДБ 20
~ 6·10 14
6000
Пример расчета количества пор на поверхности в программе Image J
5

6. изменение плотности распределения зародышей пор в кремнии КЭФ <111> в зависимости от удельного сопротивления

изменение плотности распределения
зародышей пор в кремнии КЭФ <111> в
зависимости от удельного сопротивления
изменение плотности распределения зародышей пор в
кремнии КЭФ <111> в зависимости от удельного сопротивления
плотность распределения
зародышей см-2
6,00E+05
5,00E+05
4,00E+05 y = 6770,8x - 164309
R2 = 0,9018
3,00E+05
ток травления 10 мА, время
травления 30 мин.
Линейный (ток травления 10
мА, время травления 30
мин.)
2,00E+05
1,00E+05
0,00E+00
0
20
40
60
80
100
-1,00E+05
удельное сопротивление, Ом см
120

7. Гистограмма распределения расстояния между порами в образце КДБ

КДБ 0,005<100>, где частота это
количество значений из данного
интервала.
Технологические
параметры
получения:
травитель
раствор С2H5OH:HF как 15:7; время
травленения 30 мин.; плотность тока
травления 25мА/см2.
КДБ 0,05<100>, где частота это
количество раз которое встречались
значения
из
данного
интервала.
Технологические параметры получения:
травитель раствор С2H5OH:HF как 15:7;
время травленения 30 мин.; плотность
тока травления 25мА/см2.

8. Гистограмма распределения расстояния между порами в образце КДБ

КДБ 0,5<100>, где частота это
количество раз которое встречались
значения из данного интервала.
Технологические
параметры
получения:
травитель
раствор
С2H5OH:HF
как
15:7;
время
травленения 30 мин.; плотность тока
травления 25мА/см2.
КДБ 10 <100>, где частота это
количество раз которое встречались
значения из данного интервала.
Технологические
параметры
получения: травитель раствор H2O:HF
как 15:7; время травленения 30 мин.;
плотность тока травления 25мА/см2.

9. Гистограмма распределения расстояния между порами в образце КДБ

КДБ 20 <100>, где частота это
количество раз которое встречались
значения
из
данного
интервала.
Технологические параметры получения:
травитель раствор С2H5OH:HF как 15:7;
время травленения 30 мин.; плотность
тока травления 25мА/см2.
КДБ 100 <100>, где частота это количество
раз которое встречались значения из
данного
интервала.
Технологические
параметры получения: травитель раствор
С2H5OH:HF как 15:7; время травленения
30 мин.; плотность тока травления
25мА/см2.

10. Распределения расстояния между порами в образцах КДБ 0,005-100 Ом см

изменение расстояния между порами в образцах КДБ <100>
изменение расстояния между порами в образцах КДБ <100>
60
50
Hf-спирт 15-7
Iтр=25
мА/см2 30
мин
40
30
20
10
частота распределения пор мкм
частота распределения пор мкм
60
50
Hf-спирт 15-7
Iтр=25
мА/см2 30
мин
40
30
20
10
0
0
0
20
40
60
80
100
120
0,001
0,01
удельное сопротивление, Ом см
0,1
1
10
100
удельное сопротивление, Ом см
60
60
50
50
40
y = 0,7499x + 36,389
40
R2 = 0,2295
Ряд1
30
y = 34,509e0,0202x
R2 = 0,1951
Ряд1
30
Линейный (Ряд1)
20
20
10
10
0
Экспоненциальный (Ряд1)
0
0
5
10
15
20
25
0,001
0,01
0,1
1
10
100

11. Гистограмма распределения расстояния между порами в образце КДБ

КДБ 10 <100>, где частота это
количество раз которое встречались
значения из данного интервала.
Технологические
параметры
получения:
травитель
раствор
H2O:HF как 15:7; время травленения
30 мин.; плотность тока травления
25мА/см2.
КДБ 10 <111>, где частота это
количество раз которое встречались
значения
из
данного
интервала.
Технологические параметры получения:
травитель раствор H2O:HF как 15:7;
время травленения 30 мин.; плотность
тока травления 25мА/см2.

12. Гистограмма распределения расстояния между порами в образце КДБ и КЭФ

число пар пор, имеющих это
расстояние, штук
распределение расстояния
между порами
КДБ 0,5<100>, где частота это
количество значений из
данного интервала.
Технологические параметры
получения: травитель раствор
С2H5OH:HF как 15:7; время
травленения 30 мин.;
плотность тока травления
25мА/см2.
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Ряд1
1
7 13 19 25 31 37 43 49 55
расстояние между порами, см
по фотографии
КЭФ 0,7<100>, где частота это
количество значений из данного
интервала. Технологические
параметры получения: травитель
раствор С2H5OH:HF как 15:7; время
травленения 30 мин.; плотность тока
травления 25мА/см2.

13. Порообразование в р-Si

а)
,В
Порообразование в р-Si
Изменение разности потенциалов б)
на ячейке травления в процессе
анодирования: а) р-Si, б) n-Si,
в травителе с соотношением
фтористоводородная
кислота:H2O=15:7
– свежеприготовленный травитель
(1);
– многократно использовавшийся
травитель (2).
,В
СЭМ- изображение поверхности
слоя ПК на КДБ 20
13

14. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

U, В
КДБ – 0,005
Iтр. =5 мА
Травитель HF:H2O
Использовался повторно
Время
30 мин

15. Типичный вид кривой пульсации напряжения (дано с сильным увеличением)

16. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

КДБ – Х<110>
Травитель HF:H2O
1 : 20
Iтр. = 10 мА
U, В
10
R = 4,5 Ом.см
Время
U, В
10
R =12 Ом.см
Время
10
U, В
R = 0,04 Ом.см
Время
30 мин.

17. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

КДБ – 10
Травитель HF:H2O
1 : 20
Iтр. =5 мА
U, В
10, В
10, В
U, В
10, В
U, В
10, В
U, В
Время
Время
Время
Время
30 мин.

18. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

U, В
10, В
Время
Х = 10 Ом.см
КДБ – Х
Травитель HF:H2O
1 : 20
U, В
10, В
10, В
U, В
U, В
Х = 5 Ом.см
Х = 0,002 Ом.см
Время
Время
10, В
Х = 0,005 Ом.см
Время
30 мин.

19. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

U, В
1. – Х =8 Ом.см
2. – Х = 35 Ом.см
3. – Х = 0,005 Ом.см
4. – Х = 0,05 Ом.см
5. – Х = 35 Ом. см
Травитель HF:C2H5OH
1 : 10
Iтр. = 10 мА
2
1
Время
3
4
5
30 мин

20. Типичная зависимость изменения напряжения в процессе электрохимического травления кремния

КДБ – 8<111>
Травитель HСl:H2O
1 : 20
Iтр. = 10 мА
U, В
90, В
Время
30 мин.

21. Порообразование в р-Si

Зарождение и рост пор
21

22. Порообразование в р-Si

Зарождение и рост пор
22

23. Схема образования и пробоя защитной пленки на р-типе кремния.

1-монокристалл, 2-первостадино
образовавшаяся пленка, 3пленка увеличивающейся
толщины,
4-место электрического пробоя.

24. Зависимости толщин слоев ПК на образцах p-Si и времени их окисления от объемного содержания HF в травителе.

70
400
50
КДБ 10
40
КЭФ 5
30
20
10
350
0
300
0
10
КДБ 0,5; I
Травления 10 мА,
время
травления=30
минут
250
200
150
20
30
40
50
60
70
80
процеентное содержание HF, %
зависимость толщины слоя ПК от объемного
содержания HF
100
50
30
0
20
40
60
80
100
обемное содержание HF в травителе,
%
толщина слоя ПК, мкм
время окисления слоя ПК, мкм
Зависимость времени окисления от объемного
содержания HF в травителе в %
толщина слоя ПК, мкм
60
25
20
КДБ-0,5 , I травления
=10 мА, время
травления =30 минут
15
10
5
0
20
40
60
80
объемное cодержание HF,%
100