Разработка способа изготовления непланарных подложек для фотопреобразователей нового поколения

В работе выполнили исследование строения внешней боковой поверхности монокристаллов кремния после травления в газовой атмосфере H2+ 2 % об. HCl при высокой температуре.

Цилиндрические полые тонкостенные подложки вырезали механически из монокристаллического кремния марки КЭФ-0,02 (кремний электронной проводимости, легиро- ванный фосфором, удельное электрическое сопротивление 0,02 Ом∙см, плотность дислокаций не выше 103 см-2), выращенного методом Чохральского (рис. 1) [2].

Внешнюю поверхность полой цилиндрической подложки, состоящую из выходов краев атомных плоскостей различных кристаллографических направлений {hkl}, полировали механически с применением алмазных паст от АСМ 28/23 до АСМ 1/0 (алмазная, синтетическая мелкодисперсная) по специально разработанной методике, до шероховатости не хуже, чем Rz 0,05.

Y Кондратенко Т.Т., Максимов П.В., 2012

Рис. 1. Непланарная полупроводниковая монокристаллическая подложка

а)                                                 б)

Рис. 2. Боковая поверхность непланарной кремниевой подложки: а) рельеф в виде прямоугольных ступеней; б) рельеф в виде угловых уступов

Механически полированные подложки подвергали химико-динамическому травлению для удаления нарушенного слоя. Качество химико-динамического травления контролировали при помощи рентгеноструктурного анализа поверхности – съемки «кривых качания» по методике [3].

Травление внешней поверхности монокристаллического полого цилиндра осуществляли в установке «ЭпиКВАР». Подложку закрепляли в специальной графитовой оснастке на поверхности графитового пьедестала, нагреваемого токами высокой частоты – 0,5 МГц. Температуру поверхности подложки определяли при помощи оптического пирометра.

Время травления составило 10 минут.

Температура поверхности подложки 1 200 оС.

Скорость движения газовой атмосферы – не более 10 см/с.

Поверхность обработанных подложек исследовали металлографически на электронном микроскопе «Jeol».

Установлено, что в результате высокотемпературного травления в газовой фазе на боковой поверхности цилиндрических тонкостенных кремниевых подложек образуется рельеф, со- стоящий из периодически повторяющихся элементов, образованных выходами групп краев атомных плоскостей, в виде прямоугольных ступеней либо угловых уступов (рис. 2 а, б).

Высота ступени (уступа) в зависимости от условий травления – времени травления, температуры травления – может изменяться в пределах от 0,1 до 2 мкм.

Полученные структуры с развитой периодической поверхностью могут быть использованы для изготовления полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с повышенным КПД [2], в качестве подложек для размещения веществ-катализаторов и других целей.