梁凱華
摘 要:文章通過(guò)進(jìn)行電化學(xué)陽(yáng)極刻蝕InP實(shí)驗(yàn)研究了在電化學(xué)刻蝕過(guò)程中電流密度發(fā)生變化時(shí)對(duì)刻蝕速率的影響并分析了其原因,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在其他電化學(xué)參數(shù)不變的情況下,刻蝕速率與電流密度呈線性關(guān)系。
關(guān)鍵詞:電流密度;刻蝕深度;影響
1 概述
近年來(lái),人們發(fā)現(xiàn)規(guī)則有序的多孔陣列結(jié)構(gòu)具有新的特性,光會(huì)在特定的周期性變化材料中被完全禁止傳播,并將具有這種特性的光學(xué)材料定義為光子晶體,自光子晶體被發(fā)現(xiàn)以來(lái),由于其具有特殊的光學(xué)性質(zhì),并在光通信、激光技術(shù)等領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用而備受關(guān)注,如單模發(fā)光二極管、高效零閾值的激光器、高效率低損耗的反射鏡、高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔等[1]。在之前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下,利用電化學(xué)的方法陽(yáng)極刻蝕InP可以制備出規(guī)則的二維、三維多孔陣列結(jié)構(gòu),這完全符合光子晶體的特征,并且,InP相對(duì)于空氣的介電常數(shù)比是12.5,易于形成光子帶隙結(jié)構(gòu)。然而,制備半導(dǎo)體光子晶體器件,器件的尺寸必須受到嚴(yán)格要求,可是由于在電化學(xué)刻蝕過(guò)程中材料的去除和沉積都是以離子遷移的形式進(jìn)行[2],刻蝕出的多孔陣列結(jié)構(gòu)的深度必然會(huì)受到許多客觀因素的影響,因此,本章通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了電化學(xué)刻蝕過(guò)程中電流密度變化時(shí)對(duì)刻蝕深度的影響。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)所用的襯底為S摻雜n型InP(100)單面拋光襯底片(由中科院半導(dǎo)體研究所制作),載流子濃度1.73×1018cm-3,直徑50.8+/-0.4mm,厚度350+/-25μm。實(shí)驗(yàn)所用的電化學(xué)工作站購(gòu)于上海辰華有限公司(型號(hào)CHI660D)。電化學(xué)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng),其中,InP作為工作電極,Pt作為對(duì)電極,飽和甘汞電極作為參比電極,如圖1所示。
選擇電化學(xué)技術(shù)為計(jì)時(shí)電位法,調(diào)整電解液溫度調(diào)整為10℃,在3M NaCl溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),依次改變電流密度為120mA/cm2、180mA/cm2、240mA/cm2、300mA/cm2,刻蝕時(shí)間為5min。
2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)刻蝕所得到的多孔InP結(jié)構(gòu)截面結(jié)構(gòu)如圖2所示。
從圖2中可以看出當(dāng)電解液溫度為10℃不變時(shí),電流密度為120mA/cm2時(shí)刻蝕深度為35.61μm,平均刻蝕速率為118.7nm/s,電流密度為180mA/cm2時(shí)刻蝕深度為41.55μm,平均刻蝕速率為138.5nm/s,電流密度為240mA/cm2時(shí)刻蝕深度為47.42μm,平均刻蝕速率為158nm/s,電流密度為300mA/cm2時(shí)刻蝕深度為58.34μm,平均刻蝕速率為194.46nm/s。
2.3結(jié)果分析
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,當(dāng)電解液溫度恒定為10℃,電流密度從120增長(zhǎng)至180mA/cm2時(shí),刻蝕深度增加了5.94μm,平均刻蝕速率增加了19.8nm/s,電流密度從180增長(zhǎng)至240mA/cm2時(shí),刻蝕深度增加了5.87μm,平均刻蝕速率增加了19.5nm/s,電流密度從240增長(zhǎng)至300mA/cm2時(shí),刻蝕深度增加了10.92μm,平均刻蝕速率增加了36.46nm/s。這可以明顯的看出在其他條件不變的情況下,刻蝕深度及刻蝕速率與電流密度的增加而變大,盡管不同InP樣品之間存在一定的誤差,但是深度及速率的遞增趨勢(shì)非常明顯。
3 結(jié)束語(yǔ)
文章通過(guò)進(jìn)行電化學(xué)陽(yáng)極刻蝕InP實(shí)驗(yàn)研究了在電化學(xué)刻蝕過(guò)程中電流密度發(fā)生變化時(shí)對(duì)刻蝕速率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在其他電化學(xué)參數(shù)不變的情況下,刻蝕速率與電流密度呈線性關(guān)系。
參考文獻(xiàn)
[1]倪培根.光子晶體制備技術(shù)和應(yīng)用研究進(jìn)展[J].物理學(xué)報(bào),2010(01):340-350.
[2]柴向宇.磷化銦三維納米陣列結(jié)構(gòu)制備及特性研究[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春理工大學(xué),2015.