mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-4-4-9mateltech-72Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSФОРМИРОВАНИЕ И СТРУКТУРА МЕЗОПОРИСТОГО КРЕМНИЯFORMATION AND STRUCTURE OF MESOPOROUS SILICONКаргинН. И.KarginN. I.

и. о. первого зам. директора, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 115409, г. Москва, Каширское ш., д. 31

krgn@ya.ruСултановА. О.SultanovA. O.

инженер, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 115409, г. Москва, Каширское ш., д. 31

karabi86@mail.ruБондаренкоА. В.BondarenkoA. V.

магистр техн. наук, научный сотрудник, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 220013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6

РедькоС. В.BondarenkoV. P.

аспирант, магистр техн. наук, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 220013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6

vitaly@bsuir.edu.byИоновА. С.RedkoS. V.

зам. генерального директора по науке и развитию, ОАО «ОКБ−Планета», 173004, г. Великий Новгород, ул. Федоровский ручей, д. 2/13

БондаренкоВ. П.IonovA. S.

кандидат техн. наук, доцент, заведующий НИЛ, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 220013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6

ionovas@okbplaneta.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University MEPhIRussian FederationБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarusОАО «ОКБ−Планета»БеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarusБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиРоссияOJSC «OKB−Planeta»Russian Federation2013150320150449Copyright © Каргин Н.И., Султанов А.О., Бондаренко А.В., Редько С.В., Ионов А.С., Бондаренко В.П., 20152015Каргин Н.И., Султанов А.О., Бондаренко А.В., Редько С.В., Ионов А.С., Бондаренко В.П.Kargin N.I., Sultanov A.O., Bondarenko A.V., Bondarenko V.P., Redko S.V., Ionov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/72

Представлены результаты исследований кинетики формирования и структуры слоев мезопористого кремния, полученных методом электрохимического анодирования в электролите на основе 12%−ного водного раствора фтористо−водородной кислоты. Электролит состоял только из деионизованной воды и фтористо−водородной кислоты и не содержал никаких органических добавок для того, чтобы исключить загрязнение пористого кремния углеродом в процессе анодирования. Все эксперименты выполнены на целых пластинах кремния диаметром 100 мм, а не на образцах небольшого размера, которые часто используют для экономии кремния. В качестве исходных подложек использованы пластины монокристаллического кремния марки КЭС−0,01, вырезанные из слитков, полученных методом Чохральского.

Определены зависимости толщины слоев пористого кремния, его скорости роста и объемной пористости от плотности анодного тока и времени анодирования. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены структура слоев пористого кремния и определены размеры и плотность каналов пор. Найдены режимы получения однородных слоев пористого кремния для их последующего использования в качестве буферных слоев при эпитаксии.

 

This article presents research results on the formation kinetics and structure of mesoporous silicon layers synthesized by electrochemical anodic treatment in an electrolyte based on a 12 % aqueous solution of hydrofluoric acid. The electrolyte consisted only of deionized water and hydrofluoric acid and contained no organic additives thus avoiding carbon contamination of the porous silicon during anodic treatment. Another distinguishing feature of the work is that all the experiments were conducted for whole silicon wafers 100 mm in diameter rather than for small size samples often used to save silicon. The initial substrates were single crystal silicon wafers brand IES −0,01 cut from Czochralski grown ingots. The thickness of the porous silicon layers, its growth rate and the bulk porosity of porous silicon were estimated as functions of anodic current density and anodic treatment time. The structure of the porous silicon layers and the size and the density of the pore channels investigated using SEM. We found optimum treatment modes allowing one to obtain homogeneous porous silicon layers for subsequent use as buffer layers for epitaxy.

пористый кремнийбуферный слойэлектрохимическое анодированиеплотность токапористостьporous siliconbuffer layerelectrochemical anodic treatmentcurrent densityporosityМинистерства образования и науки Российской ФедерацииReferencesLabunov, V. A. Poristyi kremnii v poluprovodnikovoi elektronike / V. A. Labunov, V. P. Bondarenko, V. E. Borisenko // Zarubezhnaya elektronnaya tehnika. − 1978. − N 15. − P. 3—47.Labunov, V. A. Poristyi kremnii v poluprovodnikovoi elektronike / V. A. Labunov, V. P. Bondarenko, V. E. Borisenko // Zarubezhnaya elektronnaya tehnika. − 1978. − N 15. − P. 3—47.Canham, L. T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L. T. Canham // Appl. Phys. Lett. − 1990. − V. 57. − P. 1046—1048.Canham, L. T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L. T. Canham // Appl. Phys. Lett. − 1990. − V. 57. − P. 1046—1048.Bomchil, G. Porous silicon: the material and its application in silicon−on−insulator technologies / G. Bomchil, A. Halimaoui, R. Herino // Appl. Surf. Sci. − 1989. − V. 41/42. − P. 604—613.Bomchil, G. Porous silicon: the material and its application in silicon−on−insulator technologies / G. Bomchil, A. Halimaoui, R. Herino // Appl. Surf. Sci. − 1989. − V. 41/42. − P. 604—613.Properties of porous silicon / Ed. by L. Canham. − Malvern : DERA, 1997. − 400 p.Properties of porous silicon / Ed. by L. Canham. − Malvern : DERA, 1997. − 400 p.Balagurov, L. A. Poristyi kremnii. Poluchenie, svoistva, vozmozhnye primeneniya / L. A. Balagurov // Materialovedenie. − 1998. − Iss. 1. − P. 50—56. − Iss. 3. − P. 23—45.Balagurov, L. A. Poristyi kremnii. Poluchenie, svoistva, vozmozhnye primeneniya / L. A. Balagurov // Materialovedenie. − 1998. − Iss. 1. − P. 50—56. − Iss. 3. − P. 23—45.Shengurov, V. G. Vyrashivanie metodom MLE gomoepitaksial’nyh sloev kremniya na poverhnosti poristogo kremniya posle nizkotemperaturnoi ochistki ee v vakuume / V. G. Shengurov, V. N. Shabanov, N. V. Gudkova, B. Ya. Tkach // Mikroelektronika. − 1993. − V. 22, Iss. 1. − P. 19—21.Shengurov, V. G. Vyrashivanie metodom MLE gomoepitaksial’nyh sloev kremniya na poverhnosti poristogo kremniya posle nizkotemperaturnoi ochistki ee v vakuume / V. G. Shengurov, V. N. Shabanov, N. V. Gudkova, B. Ya. Tkach // Mikroelektronika. − 1993. − V. 22, Iss. 1. − P. 19—21.Naderi, N. Nanocrystalline SiC sputtered on porous silicon substrate after annealing / N. Naderi, M. Hashim // Mater. Lett. − 2013. − V. 97. − P. 90—92.Naderi, N. Nanocrystalline SiC sputtered on porous silicon substrate after annealing / N. Naderi, M. Hashim // Mater. Lett. − 2013. − V. 97. − P. 90—92.Saravanan, S. Growth and characterization of GaAs epitaxial layers on Si/porous silicon/ Si substrates by chemical beam epitaxy / S. Saravanan, Y. Hayashi, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno, N. Sato, T. Yonehara // J. Appl. Phys. − 2001. − V. 89. − P. 5215—5218.Saravanan, S. Growth and characterization of GaAs epitaxial layers on Si/porous silicon/ Si substrates by chemical beam epitaxy / S. Saravanan, Y. Hayashi, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno, N. Sato, T. Yonehara // J. Appl. Phys. − 2001. − V. 89. − P. 5215—5218.Bondarenko, V. P. Geteroepitaksiya sul’fida svintsa na kremnii / V. P. Bondarenko, N. N. Vorozov, V. V. Dikareva, A. M. Dorofeev, V. I. Levchenko, L. I. Postnova, G. N. Troyanova // Pis’ma v ZhTF. − 1994. − V. 20, Iss. 10. − S. 51—54.Bondarenko, V. P. Geteroepitaksiya sul’fida svintsa na kremnii / V. P. Bondarenko, N. N. Vorozov, V. V. Dikareva, A. M. Dorofeev, V. I. Levchenko, L. I. Postnova, G. N. Troyanova // Pis’ma v ZhTF. − 1994. − V. 20, Iss. 10. − S. 51—54.Levchenko, V. Heteroepitaxy of PbS on porous silicon / V. Levchenko, L. Postnova, V. Bondarenko, N. Vorozov, V. Yakovtseva, L. Dolgyi // Thin Solid Films. − 1999. − V. 348. − P. 141—144.Levchenko, V. Heteroepitaxy of PbS on porous silicon / V. Levchenko, L. Postnova, V. Bondarenko, N. Vorozov, V. Yakovtseva, L. Dolgyi // Thin Solid Films. − 1999. − V. 348. − P. 141—144.Yakovtseva, V. Porous silicon: a buffer layer for PbS heteroepitaxy / V. Yakovtseva, N. Vorozov, L. Dolgi, V. Levchenko, L. Postnova, M. Balucani, V. Bondarenko, G. Lamedica, V. Ferrara, Ferrari A. // Phys. status solidi (a). − 2000. − V. 182. − P. 195—199.Yakovtseva, V. Porous silicon: a buffer layer for PbS heteroepitaxy / V. Yakovtseva, N. Vorozov, L. Dolgi, V. Levchenko, L. Postnova, M. Balucani, V. Bondarenko, G. Lamedica, V. Ferrara, Ferrari A. // Phys. status solidi (a). − 2000. − V. 182. − P. 195—199.Belyakov, L. V. Issledovanie IK fotodiodov na osnove PbTe, poluchennyh na bufernom podsloe poristogo kremniya / L. V. Belyakov, I. B. Zaharova, T. I. Zubkova, S. F. Musihin, S. A. Rykov // FTP. − 1997. − V 31.− P. 93—95.Belyakov, L. V. Issledovanie IK fotodiodov na osnove PbTe, poluchennyh na bufernom podsloe poristogo kremniya / L. V. Belyakov, I. B. Zaharova, T. I. Zubkova, S. F. Musihin, S. A. Rykov // FTP. − 1997. − V 31.− P. 93—95.Chang, C. Characterization and fabrication of ZnSe epilayer on porous silicon substrate / C. Chang, C. Lee // Thin Solid Films. − 2000. − V. 379. − P. 287—291.Chang, C. Characterization and fabrication of ZnSe epilayer on porous silicon substrate / C. Chang, C. Lee // Thin Solid Films. − 2000. − V. 379. − P. 287—291.Ishikawa, H. MOCVD growth of GaN on porous silicon substrates / H. Ishikawa, K. Shimanaka, F. Tokura, Y. Hayashi, Y. Hara, M. Nakanishi // J. Cryst. Growth. − 2008. − V. 310. − P. 4900—4903.Ishikawa, H. MOCVD growth of GaN on porous silicon substrates / H. Ishikawa, K. Shimanaka, F. Tokura, Y. Hayashi, Y. Hara, M. Nakanishi // J. Cryst. Growth. − 2008. − V. 310. − P. 4900—4903.Halimaoui, A. Influence of wettability on anodic bias induced electroluminescence in porous silicon / A. Halimaoui // Appl. Phys. Lett. − 1993. − V. 63. − P. 1264—1266.Halimaoui, A. Influence of wettability on anodic bias induced electroluminescence in porous silicon / A. Halimaoui // Appl. Phys. Lett. − 1993. − V. 63. − P. 1264—1266.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.