Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 102 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

АлтГУ | Барнаул

Составители: 

Рубрика: 

102
Химическое никелирование. В этом случае поверхностные атомы полупроводника и
осадка никеля являются катализаторами
К процесса восстановления никеля сильным восста-
новителем, например, типа гипофосфита натрия:
Ni
2+
+ H
2
PO
2
–
+ 2 OH
–
+ K (катализатор) → Ni + H
2
PO
3
–
+ H
2
O + K.
Первый электролит для химического никелирования (A. Brenner, 1946) имел состав (г/л):
никель сернокислый (NiSO
4
⋅7H
2
O) – 30, аммоний лимоннокислый ((NH)
4
HC
6
H
5
O
7
) – 65, ам-
моний хлористый (NH
4
Cl) – 50, гипофосфит натрия (NaH
2
PO
2
⋅H
2
O) – 10. В полученный рас-
твор зелёного цвета добавляется аммиак до перехода цвета раствора в синий (рН 8-9). Рас-
твор подогревается до 95
о
С. Скорость никелирования – 0.7…0.03 мкм/мин.
На кафедре физической химии АГУ для формирования омического контакта к арсениду
галлия никелированием широко использовался электролит состава (г/л): никель сернокислый
(NiSO
4
⋅7H
2
O) – 20-30, натрий лимоннокислый (1- или 2-замещенный) – 40-50, аммоний хло-
ристый – 30-40, аммиак (25 %-ный раствор) – до рН 8-9. Раствор подогревается до 80-90
о
С,
затем вносится гипофосфит натрия в количестве 15-30 г/л.
3.3.2. Катодное восстановление окислителей
При катодной поляризации полупроводника восстановление окислителей в общем слу-
чае может происходить как с участием свободных, так и валентных электронов полупровод-
ника. Ю.В. Плесков [13], используя тонкий германиевый электрод с р-n переходом (см. рис. 2.3),
показал, что доля валентных электронов в реакциях восстановления азотной кислоты состав-
ляет почти 1 (100%), для 0.12 моль/л KMnO
4
(кислая среда) – 0.8...0.9; для 0.3...0.6 моль/л
K
3
Fe(CN)
6
(щелочная среда) – 0.7...0.8; для иода – (0.1... 0.3 моль/л KI
3
в растворе KI) и 0.4
моль/л хинона (кислая среда) – около 0.4. Для растворов 0.1 моль/л бихромата калия и 0.4
моль/л H
2
O
2
в сернокислой среде доля их восстановления с участием валентных электронов,
как и ионов водорода, близка к нулю. Отсюда сделан вывод: их восстановление идет с уча-
стием свободных электронов, т. е. через зону проводимости. Аналогичные результаты полу-
чены для арсенида галлия [10].
По нашим представлениям, восстановление достаточно сильных окислителей с
участием валентных электронов полупроводника происходит на относительно чистой
от оксидов (или частично чистой) поверхности полупроводника, т. е. когда создаются
условия для растворения продуктов окисления. При наличии на поверхности полупро-
водника сплошной тонкой пленки продуктов его окисления, обычно оксидов, восста-
новление окислителей идет с участием свободных электронов.
Кинетика катодного восстановления ионов металлов, стадии этого процесса ана-
логичны восстановлению окислителей, кроме стадии кристаллизации. Ниже более
подробно рассмотрено электроосаждение металлов на полупроводник.
3.4. ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ (ТЕОРИЯ)
3.4.1. Стадии катодного выделения металлов
Электрохимические методы нанесения металлов на германий и кремний с целью созда-
ния омических и выпрямляющих контактов применялись уже четыре десятилетия назад [14].
Для квалифицированного выбора металла и условий его электроосаждения на полупровод-
ник необходимо знать основы теории этого процесса.
Основная цель любого электроосаждения металлов и их сплавов в виде покрытий или для
электрических контактов – получение тонкозернистого, ровного (блестящего), беспористого,
хорошо сцепленного с основой осадка, обладающего нужными физико-механическими, корро-
зионными, электрическими свойствами. Закономерности катодного выделения металлов были
предметом многочисленных исследований и изложены в целом ряде монографий, обзорных ста-
тей, учебников. Поэтому они будут рассмотрены кратко.
     Химическое никелирование. В этом случае поверхностные атомы полупроводника и
осадка никеля являются катализаторами К процесса восстановления никеля сильным восста-
новителем, например, типа гипофосфита натрия:
     Ni2+ + H2PO2– + 2 OH– + K (катализатор) → Ni + H2PO3– + H2O + K.
     Первый электролит для химического никелирования (A. Brenner, 1946) имел состав (г/л):
никель сернокислый (NiSO4⋅7H2O) – 30, аммоний лимоннокислый ((NH)4HC6H5O7) – 65, ам-
моний хлористый (NH4Cl) – 50, гипофосфит натрия (NaH2PO2⋅H2O) – 10. В полученный рас-
твор зелёного цвета добавляется аммиак до перехода цвета раствора в синий (рН 8-9). Рас-
твор подогревается до 95 оС. Скорость никелирования – 0.7 0.03 мкм/мин.
     На кафедре физической химии АГУ для формирования омического контакта к арсениду
галлия никелированием широко использовался электролит состава (г/л): никель сернокислый
(NiSO4⋅7H2O) – 20-30, натрий лимоннокислый (1- или 2-замещенный) – 40-50, аммоний хло-
ристый – 30-40, аммиак (25 %-ный раствор) – до рН 8-9. Раствор подогревается до 80-90 оС,
затем вносится гипофосфит натрия в количестве 15-30 г/л.

     3.3.2. Катодное восстановление окислителей
      При катодной поляризации полупроводника восстановление окислителей в общем слу-
чае может происходить как с участием свободных, так и валентных электронов полупровод-
ника. Ю.В. Плесков [13], используя тонкий германиевый электрод с р-n переходом (см. рис. 2.3),
показал, что доля валентных электронов в реакциях восстановления азотной кислоты состав-
ляет почти 1 (100%), для 0.12 моль/л KMnO4 (кислая среда) – 0.8...0.9; для 0.3...0.6 моль/л
K3Fe(CN)6 (щелочная среда) – 0.7...0.8; для иода – (0.1... 0.3 моль/л KI3 в растворе KI) и 0.4
моль/л хинона (кислая среда) – около 0.4. Для растворов 0.1 моль/л бихромата калия и 0.4
моль/л H2O2 в сернокислой среде доля их восстановления с участием валентных электронов,
как и ионов водорода, близка к нулю. Отсюда сделан вывод: их восстановление идет с уча-
стием свободных электронов, т. е. через зону проводимости. Аналогичные результаты полу-
чены для арсенида галлия [10].
      По нашим представлениям, восстановление достаточно сильных окислителей с
участием валентных электронов полупроводника происходит на относительно чистой
от оксидов (или частично чистой) поверхности полупроводника, т. е. когда создаются
условия для растворения продуктов окисления. При наличии на поверхности полупро-
водника сплошной тонкой пленки продуктов его окисления, обычно оксидов, восста-
новление окислителей идет с участием свободных электронов.
      Кинетика катодного восстановления ионов металлов, стадии этого процесса ана-
логичны восстановлению окислителей, кроме стадии кристаллизации. Ниже более
подробно рассмотрено электроосаждение металлов на полупроводник.

     3.4. ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ (ТЕОРИЯ)

     3.4.1. Стадии катодного выделения металлов

      Электрохимические методы нанесения металлов на германий и кремний с целью созда-
ния омических и выпрямляющих контактов применялись уже четыре десятилетия назад [14].
Для квалифицированного выбора металла и условий его электроосаждения на полупровод-
ник необходимо знать основы теории этого процесса.
      Основная цель любого электроосаждения металлов и их сплавов в виде покрытий или для
электрических контактов – получение тонкозернистого, ровного (блестящего), беспористого,
хорошо сцепленного с основой осадка, обладающего нужными физико-механическими, корро-
зионными, электрическими свойствами. Закономерности катодного выделения металлов были
предметом многочисленных исследований и изложены в целом ряде монографий, обзорных ста-
тей, учебников. Поэтому они будут рассмотрены кратко.
                                             102

Страницы