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引言
? ? ? 外延片或所謂的外延片是一種通過(guò)外延生長(zhǎng)生產(chǎn)的材料，商業(yè)上可用于許多不同的電子應(yīng)用。外延晶片可以由單一材料(單晶晶片)和/或多種材料(異質(zhì)晶片)制成?？捎米饕r底的“外延”晶片的選擇有限，例如硅、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、鎵、銦、鋁、磷或砷。在這一點(diǎn)上，作為我們研究的重點(diǎn)，GaAs晶圓是一個(gè)很好的候選，它可以成為二極管等各種技術(shù)器件中最常見(jiàn)的襯底之一。
? ? ? 襯底表面對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能紅外器件和高質(zhì)量薄膜層起著重要作用。GaAs (211)硼晶片被廣泛用于紅外探測(cè)器應(yīng)用。盡管市場(chǎng)上很容易找到“成品”晶圓，但由于其制造工藝，大多數(shù)晶圓都存在缺陷和污染。晶片上的缺陷和污染可能對(duì)薄膜生長(zhǎng)和探測(cè)器應(yīng)用產(chǎn)生有害影響。在本研究中，為了解濕化學(xué)清洗工藝對(duì)GaAs晶圓的影響，進(jìn)行了基濕化學(xué)蝕刻。在這些處理之后，通過(guò)原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡研究了GaAs晶片的表面。
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材料和方法
? ? ? 濕化學(xué)刻蝕： 濕化學(xué)蝕刻是清潔表面最重要的方法之一，在此過(guò)程中可以使用各種酸和蝕刻劑。為了在晶片上應(yīng)用濕化學(xué)程序，用切片機(jī)將晶片切成片，通常為1 × 1 cm2。濕化學(xué)蝕刻過(guò)程包括三個(gè)步驟:脫脂、化學(xué)處理和干燥。脫脂步驟包括在晶片上實(shí)施丙酮(C3H6O)和甲醇(CH3OH)。在此過(guò)程中，GaAs (211)B晶圓片在丙酮中煮沸三分鐘，然后在去離子水中上升，最后在甲醇中煮沸三分鐘，并再次在去離子水中漂洗。脫脂處理后，工件的化學(xué)處理在溶液(H2SO4:H2O2:H2O)中以不同的比例和實(shí)施時(shí)間進(jìn)行蝕刻。最后，蝕刻后的樣品在去離子水中再次沖洗以完成蝕刻，并用旋轉(zhuǎn)干燥器(4600轉(zhuǎn)/分)干燥樣品。表1中列出了所執(zhí)行的濕化學(xué)蝕刻工藝和GaAs晶片樣品的實(shí)施時(shí)間。該表用于比較實(shí)施時(shí)間和對(duì)基底的腐蝕作用。
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表1
結(jié)果
? ? ? 在圖1中，給出了未蝕刻砷化鎵樣本的AFM2D和3D地形圖像和高度剖面分析。從一個(gè)樣品的5個(gè)掃描區(qū)域獲得的平均均方根粗糙度為0.45nm。輪廓分析表明，在濕化學(xué)蝕刻過(guò)程前，表面結(jié)構(gòu)的最大高度可達(dá)到29.26nm。
? ? ? 樣品B1的2D和3D地形AFM圖像和SEM圖像如圖2(a)、2(b)和2(c)中的三維AFM圖像和SEM圖像。掃描的三個(gè)區(qū)域的平均均方根粗糙度為2.30nm。可以看出，B1樣品的均方根值低于下面的結(jié)果。低均方根值歸因于使用 piranha溶液的暴露時(shí)間（30秒）。在混合物實(shí)現(xiàn)時(shí)間最低時(shí)，發(fā)現(xiàn)最大結(jié)構(gòu)高度(103.66nm)。剖面分析表明，樣品表面有大約5nm的蝕刻坑。AFM地形圖像與掃描電鏡圖像一致。通過(guò)1萬(wàn)次放大得到的掃描電鏡圖像顯示，樣品表面具有多孔結(jié)構(gòu)。
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圖2 圖像(a)和(b)為B1的20μm×20μm掃描區(qū)域的二維和三維地形圖像。圖(c)顯示(a)中綠線的輪廓分析，圖(d)顯示10000倍放大的掃描電鏡顯微照片
結(jié)論
? ? ? 本文研究了利用化學(xué)蝕刻法對(duì)砷化鎵（211）B晶片的表面粗糙度和缺陷控制，以增強(qiáng)可用于紅外探測(cè)器應(yīng)用的CdTe薄膜的緩沖層特性。溶液(h2so4：h2o2：h2o)應(yīng)用脫脂的砷化鎵晶片，不同濃度，不同的實(shí)施時(shí)間。用Piranha原子力顯微鏡和掃描電鏡對(duì)Piranha溶液處理后進(jìn)行表面表征。采用EDX掃描電鏡儀對(duì)表面成分進(jìn)行初步評(píng)估。用拉曼光譜法研究了光學(xué)聲子模和與氧化物相關(guān)的聲子模。
? ? ? 此外，還對(duì)所有樣本都進(jìn)行了拉曼映射。由于蝕刻過(guò)程后表面的凹坑和高度不同，有限樣品的測(cè)繪圖像是清晰的。B樣品顯示每個(gè)樣品的高強(qiáng)度氧化鎵峰，B1和B3的高強(qiáng)度三氧化二砷峰作為氧化的指示；FWHM值與含義之間沒(méi)有關(guān)系。C樣品的三氧化二砷峰光滑，而只有C1和C3的光滑的氧化鎵峰作為氧化和Ga與酸性溶液反應(yīng)的標(biāo)志。C樣本的FWHM值與含義之間沒(méi)有關(guān)系。E樣品沒(méi)有顯示任何氧化鎵和三氧化二砷峰，這意味著從砷化鎵樣品表面去除了保護(hù)性氧化物層。G系列樣本顯示G1的每個(gè)樣本三氧化二砷峰的氧化鎵，這表明暗示時(shí)間的增加將三氧化二砷從表面去除。除E2和E3外，所有蝕刻樣品均觀察到砷化鎵(DAs)的相關(guān)缺陷模式。最后對(duì)所有樣本進(jìn)行了拉曼映射，但從一些樣本中獲得的結(jié)果被發(fā)現(xiàn)是可發(fā)表的。通過(guò)拉曼映射，較暗檢測(cè)區(qū)域的三氧化二砷更強(qiáng)烈。