Дипломная работа: Создание низкоразмерной среды в арсениде галлия для устройств микро- и наноэлектроники

2.1.1 Определение кристаллографической ориентации подложек

В первую очередь стоит отметить экспресс-метод определения кристаллографической ориентации пластин – по характеру скола. Пластины ориентации (100) при расколе образуют прямой угол, в то время как пластины ориентации (111) образуют угол, равный 60 градусам.

Слева – пластина ориентации (111), справа – ориентации (100)

Рисунок 3 – Определение кристаллографической ориентации пластин по характеру раскола

С другой стороны, в отличие от аморфных тел почти все свойства кристаллических веществ по разным направлениям различны. В частности, при химическом взаимодействии кристаллов с травителями растворение их граней по разным кристаллографическим направлениям, как правило, происходит с различными скоростями.

При травлении в слабом травителе в течение продолжительного времени в локальной области кристалла, на его гранях образуются правильные фигуры, наблюдаемые под микроскопом, которые получили название фигур травления. Установлено, что фигуры травления на различных кристаллографических плоскостях различны. Так, на пластинах с кристаллографической ориентацией (100) фигуры травления стремятся принять вид квадратов, в то время как на пластинах (111) – треугольников [5].

а

б

Рисунок 4 – Фигуры травления пластин арсенида галлия ориентации: а – (100); б – (111)

а

б

Рисунок 5 – Ямки травления пластин арсенида галлия ориентации: а – (100); б – (111)

По геометрии фигур травления можно судить об ориентации кристалла, а также о его монокристалличности. Если образец не представляет собой монокристалла, в различных местах одной и той же грани фигуры травления будут различными [5].

В таблице 1 приведены наиболее распространённые составы селективных травителей для арсенида галлия.

Таблица 1 – Селективные травители для арсенида галлия

Состав травителя	Комментарии
	2–4 мин., выявление дислокаций
	10 мин, выявление дислокаций
	Проявление границ зёрен

2.1.2 Определение типа проводимости подложек методом термо-ЭДС

Метод термо-ЭДС заключается в том, что с анализируемым полупроводником вводится в соприкосновение разогретый до 50–70°С зонд и относительно холодной части образца определяется знак термо-ЭДС. При определении типа проводимости данным методом возникает вопрос о концентрациях легирующей примеси, при которых возможно достоверное определение величины и знака термо-ЭДС. При этом можно рассмотреть два предельных случая: концентрация легирующей примеси очень мала, что примерно соответствует собственному полупроводнику, и концентрация легирующей примеси очень велика, что примерно соответствует металлам.

Рассмотрим механизм возникновения термо-ЭДС. При прикосновении горячего зонда к полупроводнику в последнем возникает градиент температуры. Вследствие этого в образце появляется градиент средней энергии и градиент концентрации носителей заряда. Это приводит к возникновению диффузионного потока носителей заряда, то есть к возникновению тока. В результате разделения носителей заряда, внутри образца образуется электрическое поле, которое порождает компенсирующий поток носителей заряда. Между горячим зондом и холодной частью образца возникает разность потенциалов. Согласно формуле (1) термо-ЭДС полупроводника определяется двумя слагаемыми, каждое из которых соответствует вкладу, вносимому электронами и дырками, причем эти слагаемые имеют противоположные знаки.

В случае электронного полупроводника в разогретой области образца возникает положительный объемный заряд, в дырочном полупроводнике наоборот.

(1)

где а – удельная термо-ЭДС;

Nc, Nv– эффективные плотности состояний в зоне проводимости и в валентной зоне;

k– постоянная Больцмана;

п, р – концентрации электронов и дырок;