МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ

 

Дяденчук А.Ф., Демьяненко-Мамонова В.А.

Бердянский государственный педагогический университет

МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ


Различные методы для самоорганизованного формирования наноструктур интенсивно развиваются ввиду использования данных структур для электронных устройств, фотонных устройств, химических и биохимических датчиков и т.д. Следует отметить, 
что пористые полупроводники рассматриваются учеными как сырье для производства на их основе биологических датчиков.
В полупроводниках А3В5 типа для формирования наноструктур применяют традиционно довольно дорогой метод молекулярно-лучевой эпитаксии или металло-органическую эпитаксию с газовой фазой (MOVPE) [1, с. 99]. 
Возможная альтернатива этим методам – использование электрохимических процессов по аналогии с получением пористого кремния. Особенностью электрохимического процесса является низкий температурный процесс,
малое повреждение поверхности, простота процесса и его низкая стоимость. Электрохимические методы позволяют получать высокую плотность пор, которая является недостижимой при использовании других методов.
Компонентный состав электролитов, в которых возможно формирование пор на фосфиде индия чрезвычайно широк. Он охватывает водные растворы кислот – HCl, HBr, HF, щелочей – КОН, солей – КBr.

Формирование пор является сложным процессом, который зависит от многих факторов, поэтому формирование представляется интересным поиск оптимальных условий для получения качественных пористых наноструктур.

Процесс проводят в тефлоновой или фторопластовой ячейке, которая наполнена раствором электролита. Тефлон используется благодаря свойству химической устойчивости к плавиковой кислоты. В качестве катода используют, как правило, платину. Пластину полупроводника (анод) помещают параллельно катоду для равномерности прохождения тока. На рис. 1 изображена типичные варианты строения устройства.

Следует отметить, что это упрощенный прибор. Для более качественного травления применяют трех- или четырёхэлектродной ячейки. На рис. 2 приведена схема трехэлектродной ячейки, которую используют при изготовлении пористых полупроводников, когда образец 2 крепится к рабочему электроду 1. Контрелектрод 3 замыкает электрическую цепь через потенциостат. Электрод сравнения 4 используется для контроля потенциала рабочего электрода.

В работе проанализированы физико-технологические аспекты получения и анализа свойств пористых слоев полученных методом электролитического травления. Рассмотрены принципы создания датчиков атомарного водорода на основе пористого ZnSе [2, c. 2112]. Эффекты порообразования были выявлены также для германия Ge с различными типами проводимости. Германий является полупроводником, электрохимия которого изучена наиболее полно. Представления, развитые на основе исследований электрохимических свойств германия, являются основой электрохимии полупроводников и используются для объяснения электрохимических свойств других полупроводников и полупроводниковых материалов.

Электрохимическое травление происходило на стандартной установке в электролитической ячейке с платиной на катоде. В нашей работе используется электрохимическое травление в растворе HF:H2O (2:1). По результатам сканирующей электронной микроскопии размер пор составил 50 нм. Работа сенсора основана на нарушении хемилюминесценции за счет энергии рекомбинации атомов водорода на пористой поверхности ZnSe. Установлены факторы, определяющие чувствительность сенсора.

 

 Рисунок 1

Схема устройства для анодирования кристаллов: А) вертикальная ванна; В) боковая одноячеистая ванна; С) боковая двухячеестая ванна. Резиновые прокладки используются для избежания разлива электролита 

 

 Рисунок 2

Схема стандартной трехэлектродной ячейки: 1 - рабочий электрод, 2 - полупроводник, 3 - против электрод, 4 - электрод сравнения, 5 - электролит

 

[1] И.А. Кировская, С.О. Подгорный, Журнал физической химии , 85 (11), 2112 (2011).

[2] Я.А. Сычикова, В.В. Кидалов, Г.А. Сукач, А.С. Балан, А.А. Коноваленко, Вісник ХНУ, 915 (14), 99 (2010).