Влияние введения модификатора вязкости в растворы H₂O₂–HBr–этиленгликоль на химическое травление монокристаллов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe

Abstract

Робота посвящена исследованию взаимодействия монокристаллических пластин PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe с бромвыделяющими травителями (H₂O₂–HBr–этиленгликоль)/этиленгликоль (ЭГ), разработке и оптимизации травильных композиций, а также методик их химической обработки для формирования высококачественной поверхности. Изучены зависимости скоростей химико-механического (ХМП) и химико-динамического (ХДП) полирования от разбавления базового полирующего травителя органическим компонентом. Определён характер растворения исследуемых материалов в растворах (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ, построены графические зависимости «состав травителя–скорость травления» и установлены концентрационные границы областей полирующих и неполирующих растворов. Показано, что увеличение количества ЭГ в составе травильной смеси уменьшает скорость травления (ХМП) полупроводниковых подложек PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe от 185,0 до 23,0 мкм/мин и улучшает полирующие свойства травильных композиций H₂O₂–HBr–ЭГ. Минимальные значения скоростей травления достигаются при максимальном насыщении смеси органическим компонентом (60 об.%). Микроструктурным и профилографическим анализами установлено влияние количественного и качественного состава травителей, а также способов химической обработки на параметры шероховатости поверхностей PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe. Установлено, что ХМП монокристаллических полупроводников растворами состава H₂O₂–HBr–ЭГ способствует уменьшению структурных нарушений подложек и получению качественной полированной поверхности. Оптимизированы составы полирующих травильных композиций (H₂O₂–HBr–ЭГ)/ЭГ и технологические режимы ХМП и ХДП для снятия нарушенного слоя, быстрого контролированного утонения пластины до заданной толщины, снятия тонких плёнок и финишного полирования поверхности, монокристаллических образцов PbTe и твёрдых растворов Pb₁₋ₓSnₓTe.

Роботу присвячено дослідженню взаємодії монокристалічних пластин PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe з бромвиділювальними щавниками (H₂O₂–HBr–етиленгліколь)/етиленгліколь (ЕГ), розробці й оптимізації щавильних композицій і методик оброблення для формування високоякісної поверхні. Вивчено залежності швидкостей хіміко-механічного (ХМП) і хіміко-динамічного (ХДП) полірування від розведення базового полірувального щавника органічним компонентом. Встановлено характер розчинення досліджуваних матеріялів у розчинах (H₂O₂–HBr–ЕГ)/ЕГ та побудовано графічні залежності «склад щавника–швидкість щавлення» з визначенням ділянок полірувальних і неполірувальних розчинів. Показано, що збільшення вмісту ЕГ в складі щавильної суміші зменшує швидкість щавлення (ХМП) напівпровідникових підкладинок PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe від 185,0 до 23,0 мкм/хв та поліпшує полірувальні властивості щавильних композицій H₂O₂–HBr–ЕГ. Мінімальні значення швидкостей щавлення досягаються при максимальній насиченості суміші органічним компонентом (60 об.%). Мікроструктурною і профілографічною аналізами встановлено вплив кількісного і якісного складу щавників, а також способів хімічного оброблення на параметри шерсткости поверхонь PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe. Встановлено, що ХМП монокристалічних напівпровідників розчинами складу H₂O₂–HBr–ЕГ сприяє зменшенню структурних порушень підкладинок та одержанню якісної полірованої поверхні. Оптимізовано склади полірувальних щавильних композицій (H₂O₂–HBr–ЕГ)/ЕГ і технологічні режими ХМП та ХДП для видалення порушеного шару, контрольованого стоншування пластин до заданих розмірів, зняття тонких плівок і фінішного полірування поверхні монокристалічних зразків PbTe і твердих розчинів Pb₁₋ₓSnₓTe.

The investigation is concerned with both the interaction of the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solutions’ single crystals with the (H₂O₂–HBr–ethylene glycol)/ethylene glycol (EG) bromine-exhaling mixtures and the development of the etchant compositions as well as the schedule of the surface treatment of the above-mentioned semiconductor materials using the obtained experimental data. The dependences of the chemical-mechanical (CMP) and chemical-dynamical (CDP) polishing rates on the dilution of the base polishing etchant by organic compound are determined. The dissolution of these semiconductor materials in the aqueous (H₂O₂–HBr–EG)/EG solutions is investigated, and ‘etchant composition–etching rate’ dependences with determining the regions of polishing and unpolishing solutions are plotted. As found, the semiconductors etching rate (CMP) decreases from 185.0 to 23.0 ?m/min and the polishing features of the H₂O₂–HBr–EG etching composition are improved when the EG content is increased. The minimum value of the etching rates is achieved when the saturation with organic component is maximum (60 vol.%). The influence of the quantitative and qualitative etchant compositions and the chemical treatment procedures on the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solution surface roughness is established using metallography and strip chart recording. As revealed, CMP of the semiconductors by (H₂O₂–HBr–EG)/EG solutions promotes both the decrease of the structural damages of the substrate and the preparation of the high-quality polished surface. The polishing etchant compositions (H₂O₂–HBr–EG)/EG and the CDP and CMP technological procedures for the disturbed layer elimination, controlled thinning of the plates up to reference dimension, the thin-layers removing, and the PbTe and Pb₁₋ₓSnₓTe solid-solution surface finishing are optimized.