Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 70 стр.

После высушивания они медленно реагируют с водой, этанолом, толуолом с выделением во-
дорода, очень быстро взаимодействуют с Н2О2, бурно – с азотной кислотой. По данным хи-
мического анализа, эта пленка содержит 85 92 % кремния и 3,8 4 % фтора [32]. Рентгено-
структурные исследования показали, что пленка аморфна. Спектроскопическими измере-
ниями в инфракрасной области [37] установлено, что большинство атомов кремния, входя-
щих в эту пленку, образует гидридные связи.
      Л. Улир [36] нашел, что при образовании такой пленки эффективная валентность кремния
в продуктах его анодного окисления составляет 2.0 ± 0.2. По данным кулонометрического ана-
лиза и взвешивания кристалла кремния и пленки авторы работы [32] заключили, что анодное
растворение кремния в этих условиях происходит через двухвалентное состояние, причем около
20 % анодно окисленного кремния расходуется на образование пленки, а около 80 % переходит
в раствор. В разбавленных растворах HF участок 1 существенно сужается: до ≤ 10–3 А/см2 и пе-
ренапряжения 0.2 0.3 В. Рыхлая пленка не образуется, хотя водород по-прежнему выделяется.
      Водород. Его выделение при анодной поляризации кремния – необычное явление, не-
возможное при протекании анодной электрохимической реакции. Оно продолжается некото-
рое время после отключения анодного поляризующего тока [32]. Эти факты говорят о том,
что водород образуется в результате чисто химической реакции при восстановлении прото-
нов продуктами частичного анодного окисления кремния или при разложении гидридов.
Подробнее это явление обсуждается в п. 2.3.3.
     Участок 2. Он начинается после достижения критической плотности тока (рис. 2.6,
точка с). На участке 2 прекращается выделение водорода, перестает образовываться рыхлая
пленка, наблюдается электрополирование кремния. На основании этих фактов Д. Тарнер [30, 31]
заключил, что при критической плотности анодного тока контроль процесса анодного рас-
творения кремния переходит из области химической в область диффузионной или смешан-
ной кинетики, на поверхности кремния образуется очень тонкая и плотная пленка SiO2 (ве-
роятно менее 10 нм). Электрополирование кремния происходит путем растворения этой
пленки в ее реакции с HF. Молекулы HF при этом расходуются сразу, как только они дос-
тигнут поверхности анода. Наблюдаются осцилляции тока и потенциала. Лучшие условия
полирования – минимум тока (точка d), что соответствует максимальному сопротивлению
ячейки 1 5 кОм/см, которое больше в концентрированных растворах HF.
     Участок 3. Он проявляется при высоких анодных потенциалах (десятки вольт), начиная с
непрерывного выделения кислорода и быстрого роста тока. Раствор разогревается, электропо-
лирования кремния не происходит.

     2.3.2. Анодное растворение кремния n-типа
      В случае анодной поляризации малолегированного кремния n-типа логарифмическая зави-
симость потенциал – ток при плотности тока около 10–5 А/см2 переходит в параболическую (квад-
ратичную). Анодное перенапряжение быстро возрастает с увеличением тока, т. е. выявляется пре-
дельный анодный ток. Напряжение пробоя и скорость изменения перенапряжения с током уве-
личиваются с ростом удельного сопротивления кремния n-типа, т. е. с уменьшением в нём концен-
трации донорной примеси [35]. Последнее отличает анодное поведение n-кремния от n-германия.
      Предельный анодный ток малолегированного кремния n-типа, как и германия, возрас-
тает с увеличением интенсивности освещения, при инжекции пазонов через р-n переход, в
присутствии инжектирующих окислителей и т. п. [1, 2]. Эти факты, а также данные опытов с
использованием тонкослойного р-n перехода показывают, что анодное растворение кремния
почти полностью (99,9 %) идет с участием пазонов (дырок), т.е. через валентную зону [32].
Однако, в отличие от германия, предельный анодный ток даже у малолегированного кремния
n-типа в тысячи раз больше предельного диффузионного тока пазонов, рассчитанного по урав-
нению (1.72). Дж. Флинн пришел к мысли, что пазоны, необходимые для анодного растворе-
ния кремния, генерируются в ОПЗ полупроводника так же, как они генерируются в р-n – пе-
реходе при больших обратных смещениях [17].
      Подробнее о природе предельного анодного тока описано в п. 2.5.
                                             70