Ефект наноструктурування Si та GaAs шляхом кавiтацiйної обробки в рiдкому азотi

Abstract

Наведено результати комплексних дослiджень ефекту наноструктурування базових напiвпровiдникiв оптоелектронiки Si i GaAs, пiдданих дiї УЗ кавiтацiї в рiдкому азотi. Встановлено, що обробка напiвпровiдникових кристалiв GaAs та Si ультразвуком (1– 6 МГц, 15 Вт/см²), енергiя якого концентрується в кавiтацiйних порожнинах крiогенної рiдини, призводить до наноструктурування їх поверхнi та розширення дiапазону фоточутливостi. Наноструктури залежно вiд типу пiдкладки мають розмiри до ~11–15 нм для GaAs i вiд 30 до ~70 нм — для Si. Розширення дiапазону фоточутливостi як кремнiю, так и арсенiду галiю можна пояснити ефектом вбудовування азоту в решiтку матрицi з утворенням нових сполук.

Представлены результаты комплексных исследований эффекта наноструктурирования базовых полупроводников оптоэлектроники Si и GaAs, подвергнутых действию УЗ кавитации в криогенной жидкости. Установлено, что обработка полупроводниковых кристаллов GaAs и Si ультразвуком (1–6 МГц, 15 Вт/см²), энергия которого концентрируется в кавитационных полостях криогенной жидкости, приводит к наноструктурированию их поверхности и расширению диапазона фоточувствительности. Наноструктуры в зависимости от типа подложки имеют размеры до ~11–15 нм для GaAs и от 30 до ~70 нм — для Si. Расширение диапазона фоточувствительности как кремния, так и арсенида галлия можно объяснить эффектом встраивания азота в решетку матрицы с образованием новых соединений.

The properties of the Si and GaAs samples subjected to cavitation impacts have been studied. It is shown that the high-intensity (15 W/cm²) high-frequency (1÷6 MHz) sonication in liquid nitrogen induces changes of the physical, chemical, and structural properties of the semiconductor surface. The optic and atomic force microscopy techniques, as well as energy dispersive X-ray spectroscopy and photoresponse spectroscopy, are used. The experimental study demonstrates the nanostructure formation and a change of the chemical composition at the semiconductor surface. It is found that a significant rise in the value and the expansion of a spectral range of photosensitivity take place after the cavitation treatment.