ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
На борту атомохода «Сибирь» поднят государственный флаг Российской Федерации

В Мурманске состоялась церемония подъёма государственного флага Российской Федерации на первом серийном универсальном атомном ледоколе проекта 22220 «Сибирь», построенном на Балтийском заводе (входит в состав ОСК). В церемонии приняли участие генеральный директор Балтийского завода Алексей Кадилов, заместитель генерального директора – директор Дирекции Северного морского пути Вячеслав Рук...

Отгрузки российской строительно-дорожной техники в 2021 г. выросли на 29% и достигли рекордных 55 млрд руб.

По данным портала «Росспецмаш-Стат» (объединяет данные компаний, которые выпускают 80% от всего объема производимой в РФ СДТ), российские заводы строительно-дорожного машиностроения выпустили за 12 месяцев 2021 года продукции на общую сумму 56,1 млрд руб., что на 28% больше, чем годом ранее. Отгрузки на внутренний рынок РФ выросли за рассматриваемый период на 29% до 55,3 млрд руб., что стало рекор...

Более 300 компаний стали резидентами Арктической зоны РФ

За год с небольшим количество новых проектов, реализующихся в Арктической зоне Российской Федерации с государственной поддержкой, превысило 300. Инвесторы вкладывают в развитие арктических регионов сотни миллиардов рублей. В логистике, добыче полезных ископаемых, производстве рыбной продукции, сельском хозяйстве и других отраслях появляются новые предприятия и рабочие места для северян. «Режим ...

Таганрогский завод комбайнов получит новую жизнь вместе с компанией Ростсельмаш

Правительство Ростовской области и компания Ростсельмаш договорились о возрождении одной из промышленных площадок Дона – таганрогского завода комбайнов (ТКЗ). Планируется, что предприятие будет возвращено в комплекс аграрного машиностроения региона. Прежде всего, речь идет о кормоуборочном и почвообрабатывающем оборудовании Ростсельмаш, которое сегодня выпускается дивизионом прицепной и н...

Степень готовности ледостойкой платформы «Северный полюс» превысила 90%

«Адмиралтейские верфи» (входят в состав Объединенной судостроительной корпорации) посетил министр природных ресурсов и экологии Александр Козлов. Глава ведомства оценил ход строительства ледостойкой самодвижущейся платформы (ЛСП) «Северный полюс», готовность который превысила 90%. В ходе визита на ЛСП Александр Козлов осмотрел вспомогательное машинное отделение судна, а также помещение централь...

Новогоднее поздравление Дениса Мантурова

Дорогие друзья! 2021-ый подходит к концу, и мы традиционно подводим итоги прошедших месяцев работы, ставим цели и задачи на будущее. Уже второй год наша страна живет в условиях пандемии. Отечественная промышленность и торговый сектор всё это время работают с максимальной отдачей, адаптируясь к меняющимся потребностям рынка, развивая новые форматы и выпуская новую импортозамещающую продукцию...

1 Декабря 2009

Метод определения толщины слоя пористого кремния

Метод определения толщины слоя пористого кремния
Автoры: Шелoнин Евгений Алекcандрoвич, Хoрт Андрей Михайлoвич, Якoвенкo Анатoлий Геoргиевич, Гвелеcиани Алекcандр Алекcандрoвич

Иcпoльзoвание: в микрo- и oптoэлектрoнике для пoлучения пoриcтoгo кремния при изготовлении различных cтруктур, обладающих cпоcобноcтью к фотолюминеcценции и электролюминеcценции, например в качеcтве индикаторов, а также для изготовления пориcтой оcновы для химичеcких cенcоров, проcветляющего cлоя для кремниевых солнечных элементов или промежуточный слой гетероструктур. Сущность изобретения: для определения толщины слоя пористого кремния, полученного электрохимическим травлением на подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости с последующим окислением, в процессе получения пористого кремния на этапе его окисления измеряют время окисления ( , секунды) слоя пористого кремния, сформированного травлением, и вычисляют толщину (T, мкм) слоя пористого кремния по формуле T=(1,171+1,422In )· (где - удельное электросопротивление исходного монокристаллического кремния в интервале 0,5-50 Ом.см). Техническим результатом изобретения является упрощение способа определения толщины слоя пористого кремния и повышение точности определения. 1 табл.

Данное изобретение относится к области микро- и оптоэлектроники, а конкретно - к формированию пористого кремния в виде слоев на подложках из монокристаллического кремния. Пористый кремний является материалом, способным к фото- и электролюминесценции в видимой области спектра, который может быть использован для изготовления приборов, излучающих свет в видимой области от красного до зеленого в зависимости от характеристик сформированного пористого кремния. Кроме того, пористый кремний может быть использован в качестве пористой основы для химических сенсоров, а также как просветляющий слой для кремниевых солнечных элементов или промежуточный слой гетероструктур.

Для пористого кремния, сформированного электрохимическим травлением известен [Beale M.J., Benjamin J.D., Uren M.J. et al. An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon. // J.Cryst. Growth. 1985. Vol.73 (2). p.622] метод определения толщины получаемого слоя пористого кремния ее непосредственным измерением с помощью оптического или электронного микроскопа на сколе подложки со сформированным на ней слоем пористого кремния.

Недостатком этого метода является то, что он разрушающий приводит к уничтожению сформированного пористого кремния и не может быть использован непосредственно в процессе получения пористого кремния.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому методу является оптоакустический метод [С.М.Жаркий, А.А.Карабутов, И.М.Пеливанов, Н.Б.Подымова, В.Ю.Тимошенко. Исследование слоев пористого кремния лазерным ультразвуковым методом. - Физика и техника полупроводников, 2003, т.37, вып.4, стр.485-489], который основан на определении прохождения ультразвука, генерированного импульсным лазером, через подложку из монокристаллического кремния p-типа проводимости с удельным электросопротивлением 1 Ом.см со сформированным на ней электрохимическим травлением слоем пористого кремния с переотражением на границах сред. При этом подложку после формирования на ней слоя пористого кремния размещают в соответствующем измерительном устройстве, возбуждают ультразвуковую волну лазерным излучением и определяют датчиком величину задержки во времени восприятия переотраженной ультразвуковой волны. Данный метод является неразрушающим методом определения толщины слоя пористого кремния.

Недостатком прототипа является сравнительная сложность используемой измерительной аппаратуры и необходимость в дополнительных операциях для измерения толщины (размещение образца в измерительном устройстве и определение временных параметров переотражения ультразвуковой волны). Кроме того, в случае формирования сравнительно толстых слоев пористого кремния (при больших величинах времени и/или тока травления) увеличивается ошибка определения толщины, что связано с образованием углубления над сформированным слоем пористого кремния и изменением глубины такого углубления с изменением условий травления. Погрешность измерения толщины в прототипе составляла ±1 мкм, что соответствовало примерно 7%.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение метода определения толщины сформированного слоя пористого кремния и повышение точности определения.

Данный технический результат достигается тем, что непосредственно в процессе получения пористого кремния электрохимическим травлением с последующим окислением на этапе окисления измеряют время окисления ( , секунды) слоя пористого кремния, сформированного травлением, и вычисляют толщину (T, мкм) слоя пористого кремния по формуле T=(1,171+1,422ln )· (где - удельное электросопротивление исходного монокристаллического кремния в интервале 0,5-50 Ом.см).

Под термином «время окисления» в данном описании понимается промежуток времени от момента начала этапа окисления до момента начала повышения напряжения на электролитической ячейке (при поддержании постоянной величины протекающего тока), который соответствует завершению этапа окисления пористого кремния.

Предлагаемый метод иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В качестве исходного монокристаллического кремния использовали подложки из кремния марки КДБ-0,5 с полированной поверхностью (удельное электросопротивление монокристаллического кремния при его контрольном измерении четырехзондовым методом составляло 0,48 Ом.см). Подложки из монокристаллического кремния травили в электролитической ячейке с использованием платинового анода и свежеприготовленного (для каждого образца) электролита из плавиковой кислоты (47%) и этанола в объемном соотношении 3:7. Ток травления составлял 10 мА. Для получения слоев пористого кремния разной толщины изменяли время травления от 5 до 30 мин. После травления указанный электролит без извлечения образца из электролитической ячейки заменяли на электролит для окисления, в качестве которого использовали насыщенный водный раствор нитрата калия, и окисляли сформированные слои пористого кремния при токе через ячейку, составляющем 5 мА.

Для каждого из образцов определяют время окисления из зависимости напряжения на электролитической ячейке от времени. Для контроля для каждого из полученных образцов пористого кремния затем при использовании оптического микроскопа ПОЛАМ P-312 измеряют толщину слоя пористого кремния на сколе подложки. Полученные результаты представлены в таблице. Толщину (T, мкм) слоев пористого кремния от времени (т, секунды) окисления вычисляют по формуле:

где - удельное электросопротивление исходного монокристаллического кремния, Ом.см, в данном примере 0,48 Ом.см.

В таблице представлены результаты расчетов толщины T в зависимости от времени окисления с учетом величины исходного монокристаллического кремния (в данном примере 0,48 Ом.см) и результаты измерения толщины с использованием оптического микроскопа.

Пример 2

Пористый кремний формировали аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве исходного монокристаллического кремния использовали подложки из кремния марки КДБ-1 (удельное электросопротивление монокристаллического кремния составляло 1,05 Ом.см). Толщину (T, мкм) слоев пористого кремния от времени ( , секунды) окисления вычисляют по формуле (1), где составляло 1,05 Ом.см. Аналогично примеру 1, для контроля измеряют толщину слоев пористого кремния оптическим микроскопом на сколе подложки. В таблице представлены результаты расчетов толщины T в зависимости от времени окисления с учетом величины исходного монокристаллического кремния (в данном примере 1,05 Ом.см) и результаты измерения толщины с использованием оптического микроскопа.

Пример 3

Пористый кремний формировали аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве исходного монокристаллического кремния использовали подложки из кремния марки КДБ-10 (удельное электросопротивление монокристаллического кремния составляло 9,8 Ом.см). Толщину (T, мкм) слоев пористого кремния от времени ( , секунды) окисления вычисляют по формуле (1), где составляло 9,8 Ом.см. Аналогично примеру 1, для контроля измеряют толщину слоев пористого кремния оптическим микроскопом на сколе подложки. В таблице представлены результаты расчетов толщины T в зависимости от времени окисления с учетом величины исходного монокристаллического кремния (в данном примере 9,8 Ом.см) и результаты измерения толщины с использованием оптического микроскопа.

Пример 4

Пористый кремний формировали аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве исходного монокристаллического кремния использовали подложки из кремния марки КДБ-50 (удельное электросопротивление монокристаллического кремния составляло 51,0 Ом.см). Толщину (T, мкм) слоев пористого кремния от времени ( , секунды) окисления вычисляют по формуле (1), где составляло 51,0 Ом.см. Аналогично примеру 1, для контроля измеряют толщину слоев пористого кремния оптическим микроскопом на сколе подложки. В таблице представлены результаты расчетов толщины T в зависимости от времени окисления с учетом величины исходного монокристаллического кремния (в данном примере 51,0 Ом.см) и результаты измерения толщины с использованием оптического микроскопа.

Из таблицы видно, что для монокристаллического кремния p-типа с удельным электросопротивлением в интервале 0,5-50 Ом.см время окисления зависит от толщины сформированного слоя пористого кремния, что используют для определения толщины сформированного слоя пористого кремния непосредственно в процессе его изготовления. Погрешность определения толщины составляет в среднем 2-3%.

Таким образом, предлагаемый метод не требует дополнительного оборудования, поскольку достаточно использовать лишь те приборы, которые необходимы для поддержания заданных технологических параметров процесса изготовления пористого кремния (в том числе, для поддержания заданной постоянной величины тока травления и окисления) при контроле времени этапов такого процесса (этапа электрохимического травления и этапа окисления).

Кроме того, предлагаемый метод определения толщины слоя пористого кремния по времени окисления можно использовать для контроля разброса толщины слоев в партии подложек из монокристаллического кремния со слоем пористого кремния, с тем, чтобы гарантировать постоянство толщины слоев пористого кремния в данной партии с отбраковкой образцов, не удовлетворяющих заданным критериям.

Параметры образцов пористого кремния, приготовленных в примерах практического осуществления 1-4
 
ПримерУдельное электросопротивление исходного монокристаллического кремния , Ом.смВремя травления, минВремя окисления , с Толщина слоя пористого кремния, измеренная оптическим микроскопом, мкм слоя пористого кремния, измеренная оптическим микроскопом, мкм

Толщина слоя пористого кремния, рассчитанная по формуле (1) Т, мкм

10.48540.50.5
102322.9
20851110.8
301151414.6
21.055343.8
1078.58.7
20101212.4
30121514.9
39.81031313.2
2052222.1
3083635.3
451101.51010.1
2021313.5
302.51616.9


Формула изобретения

Метод определения толщины слоя пористого кремния, полученного электрохимическим травлением на подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости с последующим окислением, отличающийся тем, что в процессе получения пористого кремния на этапе его окисления измеряют время окисления ( , с) слоя пористого кремния, сформированного травлением, и вычисляют толщину (T, мкм) слоя пористого кремния по формуле T=(1,171+1,422 ln )· (где - удельное электросопротивление исходного монокристаллического кремния в интервале 0,5-50 Ом·см).

Кол-во просмотров: 10372
На правах рекламы