zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-11-38-45zldm-2339Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLАнализ факторов, влияющих на процесс селективного травления поверхности {100} монокристаллического GaAs для определения плотности дислокацийAnalysis of factors influencing the process of selective etching of the {100} monocrystalline GaAs surface to determine the dislocation densityВербицкийР. А.VerbitskyRoman A.

Роман Андреевич Вербицкий, 

111524, Москва, Электродная ул., д. 2, стр. 1.

Roman A. Verbitsky, 

2, str. 1, Elektrodnaya ul., Moscow, 111524.

RAVerbitsky@rosatom.ruПолзиковаК. С.Polzikova,Kristina S.

Кристина Сергеевна Ползикова, 

111524, Москва, Электродная ул., д. 2, стр. 1.

Kristina S. Polzikova,

2, str. 1, Elektrodnaya ul., Moscow, 111524.

СыровЮ. В.SyrovYury V.

Юрий Вячеславович Сыров, 

111524, Москва, Электродная ул., д. 2, стр. 1.

Yury V. Syrov,

2, str. 1, Elektrodnaya ul., Moscow, 111524.

КнязевС. Н.KnyazevStanislav N.

Станислав Николаевич Князев,

111524, Москва, Электродная ул., д. 2, стр. 1.

Stanislav N. Knyazev,

2, str. 1, Elektrodnaya ul., Moscow, 111524.

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «ГИРЕДМЕТ» имени Н. П. СажинаРоссияSazhin Giredmet JSCRussian Federation20242211202490113845Copyright © Вербицкий Р.А., Ползикова К.С., Сыров Ю.В., Князев С.Н., 20242024Вербицкий Р.А., Ползикова К.С., Сыров Ю.В., Князев С.Н.Verbitsky R.A., Polzikova, K.S., Syrov Y.V., Knyazev S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2339

В работе представлены результаты оценки влияния кристаллогидратной воды в составе щелочей KOH и NaOH на процесс селективного травления пластин монокристаллического GaAs, применяемых для выявления дислокационных ямок травления на кристаллографической поверхности {100} при технологическом контроле качества слитков монокристаллического GaAs. Селективное травление проводили в расплавах кристаллогидратов щелочей (KOH · H2O, NaOH · H2O), а также в расплавах безводных щелочей (KOH, NaOH). Установлено, что при травлении в безводных гидроксидах калия и натрия травление пластин {100} арсенида галлия протекает не избирательно — происходит практически равномерное растворение всей поверхности. В то же время в расплаве кристаллогидрата KOH · H2O происходит образование зон эрозии — дислокационных ямок травления, характерных для кристаллографической плоскости {100}. В расплаве кристаллогидрата NaOH · H2O процесс селективного травления не протекает при прочих равных условиях проведения эксперимента. Анализ экспериментальных данных позволил выявить и обосновать механизм селективного травления, заключающийся в высокотемпературном гидролизе поверхности {100} GaAs при участии остатков кристаллогидратной воды в составе KOH · H2O. Показано, что температура и наличие воды в составе селективного травителя — определяющие факторы протекания данного процесса. Полученные результаты могут быть использованы для контроля селективного травления пластин GaAs, а также стандартизации методики их технологического контроля.

The purpose of this work is to evaluate the effect of crystallohydrate water in the composition of alkalis: potassium hydroxide and sodium hydroxide on the process of selective etching of single-crystal gallium arsenide plates used to identify dislocation etching pits on the crystallographic surface {100} as part of technological quality control of single-crystal GaAs ingots. Selective etching was carried out in melts of alkali crystallohydrates (KOH · H2O, NaOH · H2O), as well as in melts of anhydrous alkalis (KOH, NaOH). As a result of the experiments carried out, it was proved that when etching in anhydrous potassium and sodium hydroxides, the etching process of gallium arsenide plates does not proceed selectively — there is an almost uniform dissolution of the entire surface. At the same time, the formation of erosion zones occurs in the melt of KOH · H2O crystallohydrate — dislocation etching pits characteristic of the crystallographic plane {100}. In the melt of NaOH · H2O crystallohydrate, the selective etching process does not proceed, all other things being equal, under experimental conditions. As a result of the analysis of the experimental data, the mechanism of selective etching was identified and justified, which consists in the course of high-temperature hydrolysis of the {100} GaAs surface with the participation of crystalline hydrate water residues in the composition of KOH · H2O. It has been shown that the temperature and the presence of water in the composition of the selective etchant are the determining factors of the course of this process. The use of the results of this work will make it possible to control the process of selective etching of GaAs plates to a greater extent, as well as to standardize the methodology of their technological control.

арсенид галлияселективное травлениядислокацииямки травлениягидролизgallium arsenideselective etchingdislocationspits etchinghydrolysisРабота финансировалась за счет средств бюджета института (учреждения, организации). Дополнительные гранты на проведение или руководство данным исследованием не привлекались.ReferencesМильвидский М. Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. — М.: Металлургия, 1984. — 256 с.Milvidsky M. G., Osvensky V. B. Structural defects in single crystals of semiconductors. — Moscow: Metallurgiya, 1984. — 256 p. [in Russian].Малыгин Г. А. Дислокации как линейные топологические дефекты / Физика твердого тела. 2001. Т. 43. № 5. С. 822 – 826.Malygin G. A. Dislocations as linear topological defects / Fiz. Tv. Tela. 2001. Vol. 43. N 5. P. 822 – 826 [in Russian].Князев С. Н., Кудря А. В., Комаровский Н. Ю. и др. Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы AIIIBV / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2022. Т. 25. № 4. С. 323 – 336. DOI: 10.17073/1609-3577-2022-4-323-336Knyazev S. N., Kudrya A. V., Komarovsky N. Yu., et al. Methods of studying the dislocation structure of semiconductor single crystals of the AIIIBV group / Mater. Élektron. Tekhn. 2022. Vol. 25. N 4. P. 323 – 336 [in Russian]. DOI: 10.17073/1609-3577-2022-4-323-336Grabmaier J. G., Watson C. B. Dislocation Etch Pits in Single Crystal GaAs / Phys. Status Solidi. 1969. Vol. 32. N 1. P. K13 – K15.Grabmaier J. G., Watson C. B. Dislocation Etch Pits in Single Crystal GaAs / Phys. Status Solidi. 1969. Vol. 32. N 1. P. K13 – K15.Ishida K., Kawano H. Different Etch Pit Shapes Revealed by Molten KOH Etching on the (001) GaAs Surface and Their Dependence on the Burgers Vectors / Phys. Status Solidi (a). 1980. Vol. 98(1). P. 175 – 181. DOI: 10.1002/pssa.2210980119Ishida K., Kawano H. Different Etch Pit Shapes Revealed by Molten KOH Etching on the (001) GaAs Surface and Their Dependence on the Burgers Vectors / Phys. Status Solidi (a). 1980. Vol. 98(1). P. 175 – 181. DOI: 10.1002/pssa.2210980119Abrahams M. S. Dislocation Etch Pits in GaAs / Journal of Applied Physics. 1964. Vol. 35. P. 3626 – 3627. DOI: 10.1063/1.1713291Abrahams M. S. Dislocation Etch Pits in GaAs / Journal of Applied Physics. 1964. Vol. 35. P. 3626 – 3627. DOI: 10.1063/1.1713291Власукова Л. А. Травление монокристаллов и эпитаксиальных слоев GaAs {001} расплавами гидроксидов / Неорганические материалы. 1993. Т. 29. № 12. С. 1593 – 1596.Vlasukova L. A. Etching of single crystals and epitaxial layers of GaAs {001} by hydroxide melts / Inorg. Mater. 1993. Vol. 29. N 12. P. 1593 – 1596 [in Russian].Парфентьева И. Б., Пугачев Б. В., Павлов В. Ф. и др. Особенности формирования дислокационной структуры в монокристаллах арсенида галлия, полученных методом Чохральского / Кристаллография. 2017. Т. 62. № 2. С. 259 – 263. DOI: 10.7868/S0023476117020205Parfentieva I. B., Pugachev B. V., Pavlov V. F., et al. Features of the formation of dislocation structure in single crystals of gallium arsenide obtained by the Chokhralsky method / Crystallogr. Rep. 2017. Vol. 62. N 2. P. 259 – 263 [in Russian]. DOI: 10.7868/S0023476117020205Левченко Д. С., Теплова Т. Б., Югова Т. Г. Исследование дислокационной структуры монокристаллов арсенида галлия, используемых для создания приборов сверхскоростной микроэлектроники / II Междунар. науч.-практ. конф. «Экономика и практический менеджмент в России и за рубежом»: сб. мат. — Коломна: Коломенский институт (филиал МАМИ), 2015. С. 135 – 137.Levchenko D. S., Teplova T. B., Yugova T. G. Investigation of the dislocation structure of gallium arsenide single crystals used to create high-speed microelectronics devices / Proc. of the II Int. Sci. and Pract. Conf. «Economics and Practical Management in Russia and abroad». — Kolomna: Kolomna Institute (MAMI branch), 2015. P. 135 – 137 [in Russian].Термические константы веществ. Вып. 10. Ч. 2. Таблицы принятых значений K, Rb, Cs, Fr. — М.: ВИНИТИ, 1981. — 441 с.Thermal constants of substances. Issue 10. Part 2. Tables of accepted values of K, Rb, Cs, Fr. — Moscow: VINITI, 1981. — 441 p. [in Russian].Stephen P. M., Howe A. T. Proton conductivity and phase relationships in solid KOH between 248 and 406°C / Solid State Ionics. 1980. Vol. 1. P. 461 – 471. DOI: 10.1016/0167-2738(80)90042-9Stephen P. M., Howe A. T. Proton conductivity and phase relationships in solid KOH between 248 and 406°C / Solid State Ionics. 1980. Vol. 1. P. 461 – 471. DOI: 10.1016/0167-2738(80)90042-9Vogel M. W., Routsis K. J., Kehrer V. J., et al. Some Physicochemical Properties of KOH · H2O System Range 55 to 85 wt.% and 120 to 250°C / Jornal of Chemical and Engineering Data. 1967. Vol. 12. N 4. P. 465 – 472. DOI: 10.1021/je60035a002Vogel M. W., Routsis K. J., Kehrer V. J., et al. Some Physicochemical Properties of KOH · H2O System Range 55 to 85 wt.% and 120 to 250°C / Jornal of Chemical and Engineering Data. 1967. Vol. 12. N 4. P. 465 – 472. DOI: 10.1021/je60035a002Вербицкий Р. А., Сыров Ю. В., Князев С. Н., Латонов В. Д. Применение машинного зрения для детекции и подсчета выходов дислокаций на поверхности пластин арсенида галлия / Национальная науч.-практ. конф. «Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты»: сб. тр. — М.: Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА имени профессора Н. Е. Жуковского, 2023. С. 139 – 143.Verbitsky R. A., Syrov Yu. V., Knyazev S. N., Latonov V. D. Application of machine vision for detection and calculation of dislocation outputs on the surface of gallium arsenide plates / Proc. of the Natl. Sci. and Pract. Conf. «Fundamental, exploratory, applied research and innovative projects». — Moscow: Association of Graduates and Employees of the Professor N. E. Zhukovsky VVIA, 2023. P. 139 – 143 [in Russian].Rudolph P., Jurisch M. Fundamental and Technological Aspects of Czochralski Growth of High-Quality Semi-Insulating GaAs Crystals / Crystal Growth Technology. — England: John Wiley & Sons, 2003. P. 291 – 321. DOI: 10.1002/0470871687.ch14Rudolph P., Jurisch M. Fundamental and Technological Aspects of Czochralski Growth of High-Quality Semi-Insulating GaAs Crystals / Crystal Growth Technology. — England: John Wiley & Sons, 2003. P. 291 – 321. DOI: 10.1002/0470871687.ch14Комаровский Н. Ю., Молодцова Е. В., Белов А. Г. и др. Исследование монокристаллов антимонида индия, полученных модернизированным методом Чохральского в различных кристаллографических направлениях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 8. С. 38 – 46. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-46Komarovsky N. Yu., Molodtsova E. V., Belov A. G., et al. Investigation of indium antimonide single crystals obtained by the modernized Czochralski method in various crystallographic directions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 8. P. 38 – 46 [in Russian]. DOI: 10. 26896/1028-6861-2023-89-8-38-46Tremillon B., Doisneau R. Propriétés chimiques et électrochimiques dans les hydroxydes alcalins fondus / J. Chim. Phys. 1974. Vol. 71. P. 1379 – 1387. DOI: 10.1051/jcp/1974711379Tremillon B., Doisneau R. Propriétés chimiques et électrochimiques dans les hydroxydes alcalins fondus / J. Chim. Phys. 1974. Vol. 71. P. 1379 – 1387. DOI: 10.1051/jcp/1974711379Zarubitskii O. G. The electrochemistry of hydroxide melts / Russ. Chem. Rev. 1980. Vol. 49. N 6. P. 536 – 548. DOI: 10.1070/RC1980v049n06ABEH002486Zarubitskii O. G. The electrochemistry of hydroxide melts / Russ. Chem. Rev. 1980. Vol. 49. N 6. P. 536 – 548. DOI: 10.1070/RC1980v049n06ABEH002486Пелевина Н. Г., Жарликова Т. Н., Геращенко Е. А. Опыт применения анализатора МАЭС для определения мышьяка, олова, сурьмы, таллия, галлия, германия и индия в рудах и продуктах их переработки / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1 – 2. С. 35 – 37.Pelevina N. G., Zharikova T. N., Gerashchenko E. A. Experience in using the MAES analyzer for the determination of arsenic, tin, antimony, thallium, gallium, germanium and indium in ores and products of their processing / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. N 1 – 2. P. 35 – 37 [in Russian].Филатова Д. Г., Воробьева Н. А., Румянцева М. Н. и др. Синтез тонких пленок на основе ZnO, допированных Ga, In, и определение их состава методами рентгеновской спектроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 11. С. 17 – 20.Filatova D. G., Vorobyova N. A., Rumyantseva M. N., et al. Synthesis of ZnO-based thin films doped with Ga, In and determination of their composition by X-ray spectroscopy and inductively coupled plasma mass spectrometry / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2016. Vol. 82. N 11. P. 17 – 20 [in Russian].Демидов А. И. Изменение энтальпии при образовании растворов и кристаллогидратов в системах LiOH · H2O, NaOH · H2O и KOH · H2O при 298,15 К / Материаловедение. Энергетика. 2022. Т. 28. № 2. С. 57 – 63. DOI: 10.18721/jest.28205Demidov A. I. Change in the enthalpy of formation of solutions and crystallohydrates in LiOH · H2O, NaOH · H2O, and KOH · H2O systems at 298. 15 K / Materialoved. Énerget. 2022. Vol. 28. N 2. P. 57 – 63 [in Russian]. DOI: 10.18721/jest.28205

The authors declare that there are no conflicts of interest present.