約束刻蝕體系和光腐蝕體系中刻蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究.pdf

1、微納米加工技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)與器件的微小型化，也可以構(gòu)筑具有許多不同于宏觀尺度特性的微納材料和結(jié)構(gòu)。超大規(guī)模集成電路、微/納機(jī)電系統(tǒng)、微全分析系統(tǒng)、微納光學(xué)等的發(fā)展都離不開微納米加工技術(shù)的進(jìn)步。半導(dǎo)體是微納電子器件中必不可少的組成，因此半導(dǎo)體的微/納加工至關(guān)重要。
　　與其他微納米加工技術(shù)相比，約束刻蝕劑層技術(shù)(CELT)在半導(dǎo)體的加工方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。CELT目前已成功應(yīng)用于硅(Si)和砷化鎵(GaAs)的微/納加工中，但

2、其對(duì)于其他半導(dǎo)體材料的加工也具有很大的潛力。為了拓展CELT的應(yīng)用范圍，需要研究不同半導(dǎo)體材料的刻蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。利用半導(dǎo)體在溶液中的光腐蝕可實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體的微加工以及量子點(diǎn)形貌控制，但是光腐蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究并不完善。因此，本論文圍繞約束刻蝕體系和光腐蝕體系中刻蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，開展了以下研究工作:
　　(1)采用直徑為25μm的Pt微電極刻蝕不同半導(dǎo)體，利用動(dòng)態(tài)刻蝕理論模型對(duì)刻蝕得到的輪廓進(jìn)行動(dòng)態(tài)擬合，得到了Br2刻蝕GaAs、InP

3、和GaP的刻蝕反應(yīng)表觀速率常數(shù)，這與擬合SECM反饋曲線測(cè)得的刻蝕反應(yīng)速率常數(shù)差異較大，這是因?yàn)榭涛g速率會(huì)隨著刻蝕的進(jìn)行逐漸減小。刻蝕InP前后探針極限擴(kuò)散電流和InP基底的反饋電流的變化表明，刻蝕反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致探針電極略微鈍化，基底則鈍化嚴(yán)重，由此推測(cè)Br2刻蝕InP的產(chǎn)物會(huì)覆蓋在InP表面形成鈍化層阻礙刻蝕的進(jìn)行。最后，通過SEM和XPS表征發(fā)現(xiàn)，InP被Br2刻蝕后，表面形成了疏松的鈍化層，該鈍化層由In2O3、 InPO4、In(P

4、O3)3等刻蝕產(chǎn)物組成。
　　(2)根據(jù)GaAs在Fe2(SO4)3/H2SO4溶液中光腐蝕的機(jī)理，推導(dǎo)出其反應(yīng)速率方程，建立了GaAs在SECM反饋模式下的光腐蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。通過擬合不同F(xiàn)e3+濃度及光強(qiáng)下GaAs光腐蝕的SECM漸進(jìn)曲線，測(cè)得了一系列光腐蝕的表觀反應(yīng)速率常數(shù)。對(duì)比不同條件下的表觀反應(yīng)速率常數(shù)及反應(yīng)速率發(fā)現(xiàn)，光腐蝕的速率在低光照強(qiáng)度下受光生電子數(shù)目的限制。而在光強(qiáng)較高時(shí)，半導(dǎo)體溶液界面的電子轉(zhuǎn)移和溶液中的傳質(zhì)