Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 18
Текст из файла (страница 18)
кеохег, сагьод!с деропаоп апд сьагассепааг)оп ог госга111с ог пппсопдмсгвьв Ьгпагу авоуа ог согпроопда. Л. Е!еспосьепг. Бос. 125(12), 2028 — 2034 (1978). о ж е С1 ж г о х о Е 1,1 Е ~Я М 00 1.1 ~ й1 1 а сч ~4!а 00 Х а Ф о о о ~ о~ $ й г ~) о И о „ ~о $д 5 Л о ф м1э~ о 1 га й В о 5 ~о Й~ о ~ю аМ й о Б2 й й- 1 о фр~ й о 3 о о аоо о ы о м Е о 00 о о М о 00 ж о Е МЪ с Я с 00 О о в Л 00 00 ~п 00 00 *36 сааб о (Ю .0 к 5 Ио Их с Л о 0 а а о о о о О й 03 < а О а 00 й ~ Ю 21 й о 00 с. ! 00 О ч~ Х а о Е Е Ь, о о у о Ю о о у о 2 Е к б Р.
1 Ц 5 3 о 4 ф ! Ф о Й о —,о< Ф Зов ! $ а ° К ~ о" Ж СЧ1' с о о О р. гч о о ж х и 'о о о Й Е й Г'4 Й~ о Х й (р Ю к к о о Гл а в а 2. Мегоды форин ванна наноэлектронных структур Рнс. 2.7. Формирование наноструктур селектнвным электрохнмнческнм осаждением материалов с использованием ступенчатой поверхности подложки о При трафаретном формировании наноструктур злектрохимическое осаждение материала осуществляют на проводящий затрааочный слой, находящийся на дне отверстий в изолирующей маске (рис.
2.8). В качестве маски используют пористый анодный оксид алюминия, пористый кремний, а также поликарбонатные мембраны. Осаждение материала а глубокие наноразмерные поры таких масок характеризуется очень высокой точностью воспроизведения геометрии отверстий а маске и позволяет формировать упорядоченные массивы наноточек, нанощнуров и нанотрубок, расположенных перпендикулярно плоскости подложки.
Трафадо~. Заграаочный слой~ Мачотрубка Наволочка Мааошаур Рис. 2.8. Формирование наноструктур селективным электрохнмическим осаждением материалов с использованием не проволлгдего электрический ток поверхностного трафарета Главными достоинствами метода злектрохимического осаждения материалов являются простота его реализапии, возможность осаждения толстых (более 1 мкм) покрытий на поверхности различной формы, контроль и изменение свойств формируемых покрытий, высокая производительность и низкая стоимость используемого оборудования.
К недостаткам следует отнести высокую степень зависимости свойств осаждаемых материалов от режимов осаждения и 2 1. Т дииионнне методы ми анин пленок состава электролита, а также ограниченный набор осаждаемых этим методом материалов. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. В чем суть метода электрохнмического осаждения материалов? 2. Как формулируются законы Фарадея для электрохимического осаждения материалов? 3.
Какими параметрами процесса электрохнмнческого осаждения определяются свойства сформированных таким образом пленок? 4. Каковы особенности элекгрохимнческого осаждения полупроводниковых соединений? 3. Какие подходы используют для формирования наноструктур — нано- шнуров, нанотрубок н нансточек — злектрохнмическим осаждением материалов? 4. Каковы основные достоинства н недостатки метода электрохимического осаждения материалов? 2.1.4. Электрохимическое оксидирование металлов и полупроводников Оксидпрвваппе (охЫалоп) — в технологическом аспекте это процесс создания оксидной пленки на поверхности материала в результате окислительно-восстановительных реакцийзз. По условиям проведения этого процесса различают термическое, химическое, электрохнмическое и плазменное оксидирование. Все они широко используются в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Рассматриваемое в данном разделе вкспдираваппе (е!егзгос)зет?са( ахЫайоп) или, как его еше называют, элелзпрохшпичеекве аиадвраваппе (е(есугае)гет(са) апогйтаг(оп)— это процесс получения оксидных пленок на поверхности металлов и полупроводников при их анодной поляризации (размешенни на аноде) в кислородсодержашей жидкой среде с ионной проводимостью Несмотря на использование в англоязычной литературе еаиного термина "ок(еайец", следует различать эквивалентные ему русскоязычные термины «оксиаироваиие» и «окислецие». Первый относится к методам и технслогии получения оксианых пленок, второй же абозначзьт специфические химические реакции, происходящие цри црисседяненяи к атомам исходного вещества кислорода или отнятия у них валериан, что соцровожлзется увеличением положительной нанентности (заряда) ини уменьшением отрицательной валентности (ззряаа) ионов данного неществн.
Глава 2. Методы о ми ваннананоэлектронныхструкгур 96 (электролите). Особый интерес именно к этому технологическому методу связан с предоставляемой им возможностью формировать структуры с естественным наноструктурированием, что неосуществимо при использовании других методов оксидирования. Технологическая установка для аноднрования имеет те же основные элементы, что и рассмотренная в предыдущем разделе элекгролнтическая ячейка для электрохимического осаждения материалов (см. рис. 2.6) — анод, катод и электрод сравнения, помещенные в жидкий электролит.
Принципиальное отличие состоит лишь в том, что технологически полезные процессы в данном случае происходят на аноде. При погружении рабочих электродов — анода и катода, в электролит у их поверхности устанавливается динамическое равновесие, при котором состав фаз, образующихся на электродах, остается неизменным. В этих условиях на каждом из них устанавливается определенный равновесный электрический потенциал, величина которого зависит от свойств материала электрода н состава электролитаз4. При приложении к рабочим электродам напряжения в цепи анод — электролит — катод начинает протекать ток, который изменяет потенциалы этих электродов.
Данное явление называется поляризацией электродов и характеризуется потенциалом поляризованного электрода. Разность между потенциалом поляризованного электрода и его равновесным потенциалом называется перенапряжением. Для описания процесса анодирования обычно используют метод нотенцноднюиинческой нолярнзнцнн анода (рогелгга! ггунаоггсд анЫе ро!апха!юп)зз, при котором регистрируется зависимость анодного тока 1, от потенциала поляризованного анода Б ю Ее записывают с учетом электрода сравнения при скорости увеличения напряжения на аноде, достаточно малой в сравнении со скоростью установления равновесия в протекающих на нем процессах.
Общий вид типичной анодной поляризационной кривой изображен на рис. 2.9. Участок 1 поляризационной кривой отражает активное состояние анода. С ростом перенапряжения на аноде ток экспоненциально возрастает, при этом происходит растворение материала анода, которое поддерживается ионизацией атомов анода. Далее, по мере Равновесный потенциал — это потенциал, возникаюлгий на электроде, погруженном в раствор электролита, вследствие установления динамического фазового равновесия на границе электрод/электролит.
Подробно данный метод рассматривается в учебном пособии В. А. Батенкова, Электрохимия полупроводников, изд. 2-е, доп. (Изд-во Алтайского университета, Барнаул,2002). 2 Л традияионные методы рми ание пленок Рис. 2.9. Типичная аноаная пояяриэанионная кривая увеличения перенапряжения на поверхности анода, формируется и утолщается пленка из продуктов реакций, которые не успевают растворяться и переходить в объем электролита. Пик паляризационной кривой соответствует максимальной скорости окисления анода, сбалансированной скоростью растворения продуктов окисления.
Максимальному току соответствует так называемый Фладе-потенциал (Гг), по превышении которого скорость анодного окисления становится больше скорости растворения продуктов реакции. Участок 2 соответствует переходу анода из активного состояния в пассивное. Растущая на нем оксидная пленка все больше препятствует проникновению ионов электролита в анод, что приводит к уменьшению анодного тока, несмотря на возрастание прилагаемого напряжения.
Участок 3 характеризует пассивное состояние анода, при котором скорость окисления анода, значительно упавшая из-за образования на аноде слабопроводящей электрический ток оксидной пленки, снова становится равной скорости ее распюрения. Последняя не зависит от падения потенциала на границе анод/электролит, а является функцией концентрации в электролите частиц, способствующих растворению продуктов окисления анода, скорости их подвода к поверхности анода и скорости отвода от нее продуктов растворения. Она определяет остаточный ток 1„называемый также коррозионным током.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
