Experimental and computational results of porous silicon formation

• Autorzy: Jakubowicz J.

Warianty tytułu

PL

Wyniki doświadczalne i symulacje komputerowe powstawania krzemu porowatego

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT 2007 : XVIII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVIII; 18-21.06.2007; Warszawa-Jachranka, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The properties of porous silicon prepared at different illumination and electrochemical conditions were studied. Here, the illumination was applied from the backside of the wafer (side not immersed in the electrolyte), from the topside (side immersed in the electrolyte), and for the highly doped silicon, etching proceeds without illumination. The electrolyte contains HF in the range of 2-50 wt%. These conditions results in the pores formation with diameter in the range of 20 nm to 3 nm. The smallest pore size was obtained for highly doped n-Si (111) wafers, etched without illumination. The experimental results were compared with computational simulations of pore nucleation and growth. It was find that the electric field enhancement occurs at the pore bottom, leading to focusing of the holes trajectories. This leads to weakening of the Si-Si backbonds resulting in easy atom removing. The maximum electric field was observed at the semispherical pore bottom.

PL

Krzem porowaty wytworzono w różnych warunkach oświetleniowych i elektrochemicznych. Powierzchnię krzemu oświetlano od tyłu (powierzchnia nie zanurzona w elektrolicie), góry (powierzchnia zanurzona w elektrolicie) i dla krzemu wysokodomieszkowanego trawienie przeprowadzono bez oświetlenia. Stosowano elektrolit o zawartości 2-50 wag.% HF. Takie warunki trawienia umożliwiły otrzymanie porów o średnicy od 20 nm do 3 urn. Najmniejsze pory otrzymano dla wysokodomieszkowanego n-Si (111) trawionego bez oświetlenia. Wyniki badań eksperymentalnych porównano z symulacjami komputerowymi zarodkowania i wzrostu porów. Zwiększone pole elektryczne, które występuje na dnie porów, prowadzi do ogniskowania trajektorii dziur (ładunków dodatnich). Prowadzi to do osłabienia wiązań wstecznych Si-Si, ułatwiając usuwanie atomów. Maksymalne pole elektryczne występuje na półkolistym dnie porów.

Słowa kluczowe

PL

krzem porowaty; symulacje komputerowe; wzrost porów

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 3-4
• Strony: 261--264
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Jakubowicz J.

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering

Bibliografia

• [1] Lang W., Steiner P., Sandmaier H., Porous silicon: a novel material for microsystems, Sensors and Actuators A 51 (1995) 31
• [2] Cullis A.G., Canham L.T., Visible light emission due to quantum size effects in highly porous crystalline silicon, Nature 353 (1991) 335
• [3] Boarino L., Baratto C, Geobaldo F., Amato G., Domini E., Rossi A.M., Faglia G., Lerondel G., Sberveglieri G., NO2 monitoring AT room temperature by a porous silicongas sensors, Mater. Sci. Eng. B 69-70 (2000) 210
• [4] Hamilton B., Porous silicon, Semicond. Sci. Techn. 10 (1995) 1187
• [5] Scott J.F., New developments on FRAMs: [3d] structures and all-perovskite FETs, Mat. Sci. Eng. B 120 (2005) 6
• [6] Jeske M., Schultze J.W., Thönissen M., Münder H., Electrodeposition of metals into porous silicon, Thin Solid Films 255 (1995) 63
• [7] Lehmann V., Föll H., Formation mechanism and properties of electrochemically etched trenches in n-type silicon, J. Electrochem. Soc. 137 (1990) 653
• [8] Lehmann V., Developments in porous silicon research, Mat. Lett. 28 (1996) 245
• [9] Beale M.I.J., Chew N.G., Uren M.J., Cullis A.G., Beniamin J.D., Microstructure and formation mechanizm of porous silicon, Appl. Phys. Lett. 46 (1985) 86
• [10] Zhang X.G., Mechanism of pore formation on n-type silicon, J. Electrochem. Soc. 138 (1991) 3750
• [11] Carstensen J., Christophersen M., Föll H., Pore formation mechanisms for the Si-HF system, Mat. Sci. Eng. B69-70 (2000) 23
• [12] Smith R.L., Collins S.D., Porous silicon formation mechanisms, J. Appl. Phys. 71 (1992) R1
• [13] Parkhutik V., Porous silicon – mechanizm of growth and applications, Sol. State Electron. 43 (1999) 1121
• [14] Jakubowicz J., Study of surface morphology of electrochemically etched n-Si (111) electrodes at different anodic potentials, Cryst. Res. Techn. 38 (2003) 313
• [15] Riley D.J., in: S.A. Campbell, H.J. Lewerenz (Eds.), Semiconductor Micromachining, vol. 1, Wiley, Chichester, New York, 1998, pp. 277.
• [16] Lehmann V., Porous silicon formation and other photoelectrochemical effects at silicon electrodes anodized in hydrofluoric acid, Appl. Surf. Sci. 106 (1996) 402.
• [17] Jakubowicz J., Szlaferek A., Computational simulations of pore nucleation in silicon (111), in press