zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-6-49-55zldm-2858Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование структуры монокристалла GaAs, легированного теллуром, методом проекционного травленияStudy of the structure of a GaAs single crystal doped with tellurium by projection etchingТихоновД. А.TikhonovD. A.

Дмитрий Александрович Тихонов

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1; 111524, Москва, ул. Электродная, д. 2.

Dmitriy A. Tikhonov,

4 str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049;2, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524

DmAlTikhonov@gmail.comКомаровскийН. Ю.KomarovskyN. Yu.

Никита Юрьевич Комаровский 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1; 111524, Москва, ул. Электродная, д. 2; 119333, Москва, Ленинский просп., д. 53.

Nikita Yu. Komarovsky 

4 str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049; 2, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524; 53, Leninsky prosp., Moscow, 119333

НестюркинМ. С.NestyurkinM. S.

Михаил Сергеевич Нестюркин 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1; 111524, Москва, ул. Электродная, д. 2.

Mikhail S. Nestyurkin 

4 str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049; 2, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524

КнязевС. Н.KnyazevS. N.

Станислав Николаевич Князев 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1.

Stanislav N. Knyazev 

4 str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049

ПодгорныйД. А.PodgornyD. A.

Дмитрий Андреевич Подгорный  

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1.

Dmitriy A. Podgorny 

4 str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049

НИТУ «МИСиС»; Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» им. Н. П. СажинаРоссияNational Research Technological University «MISIS»; N. P. Sazhin State Research and Design Institute of Rare Metal Industry «Giredmet»Russian FederationНИТУ «МИСиС»; Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» им. Н. П. Сажина; Физический институт им. П. Н. Лебедева РАНРоссияNational Research Technological University «MISIS»; N. P. Sazhin State Research and Design Institute of Rare Metal Industry «Giredmet»; Lebedev Physical Institute, RASRussian FederationНИТУ «МИСиС»РоссияNational Research Technological University «MISIS»Russian Federation2026040720269264955Copyright © Тихонов Д.А., Комаровский Н.Ю., Нестюркин М.С., Князев С.Н., Подгорный Д.А., 20262026Тихонов Д.А., Комаровский Н.Ю., Нестюркин М.С., Князев С.Н., Подгорный Д.А.Tikhonov D.A., Komarovsky N.Y., Nestyurkin M.S., Knyazev S.N., Podgorny D.A.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/2858

Проекционное травление — эффективный способ исследования структуры, превосходящий обычное селективное травление за счет эффекта «памяти». Цель работы — исследование дислокационной структуры монокристалла GaAs(Te), выращенного методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100], методом проекционного травления. При испытаниях данные проекционного травления сопоставляли с более распространенным селективным травлением в расплаве KOH. Для проекционного травления применяли так называемый AB-травитель и состав без AgNO3. Травление в условиях комнатной температуры осуществляли в «пьяной бочке», а при повышенных температурах (85 – 125 °C) — с ручным перемешиванием. Поверхность монокристалла анализировали методами оптической микроскопии. Панорамные изображения дислокационных структур на пластинах GaAs получали за счет сшивки отдельных кадров. Путем представления изображения в виде матрицы значений интенсивности яркости I(x, y) от 0 до 255 исследовали влияние нитрата серебра на контрастность ямок травления. Представлена классификация ямок травления по их морфологии (канавки, полосы, прямоугольные ямки). Отмечены влияние температуры на скорость проекционного травления и необходимость механического перемешивания. Полученные результаты могут быть использованы при внедрении методики проекционного травления для анализа механизмов движения и мультипликации дислокаций в зависимости от условий роста.

Projection etching is an effective method for studying structure, offering advantages over traditional selective etching due to the «memory» effect. The purpose of this work is to investigate the dislocation structure of a GaAs(Te) single crystal grown by the Czochralski method in the [100] crystallographic direction using the projection etching method. During the experiments, the data from projection etching were compared with those from the more common selective etching in a KOH melt. For projection etching, a so-called AB etchant and a solution without AgNO3 were used. Etching at room temperature was performed in a «drunk barrel», and at elevated temperatures (85 – 125°C) with manual stirring. The surface of the single crystal was analyzed using optical microscopy. Panoramic images of dislocation structures on GaAs wafers were obtained in a light microscope by stitching together individual frames. By representing the image as a matrix of brightness intensity values I(x, y) ranging from 0 to 255, the effect of silver nitrate on the contrast of etching pits was investigated. A classification of etching pits based on their morphology (grooves, stripes, rectangular pits) is presented. The influence of temperature on the rate of projection etching and the necessity of mechanical stirring are noted. The results obtained can be used in the implementation of the projection etching technique for analyzing the mechanisms of dislocation motion and multiplication depending on growth conditions.

GaAsЧохральскийпроекционное травлениеэффект «памяти»AB-травлениеGaAsCzochralskyprojection etchingmemory effectAB etchingРабота финансировалась за счет средств бюджета институтаReferencesМаянов Е. П., Князев С. Н., Наумов А. В. Рынок монокристаллов GaAs — тенденции развития / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2018. Т. 19. № 3. С. 156 – 162. DOI: 10.17073/1609-3577-2016-3-156-162Majanov E. P., Kniazev S. N., Naumov A. V. GaAs single crystals market: development trends / Izv. Vuzov. 2018. Vol. 19. No. 3. P. 156 – 162 [in Russian]. DOI: 10.17073/1609-3577-2016-3-156-162Комаровский Н. Ю., Ющук В. В., Биндюг Д. В. и др. Исследование градиента распределения дефектов в монокристаллических пластинах кремния и арсенида галлия с помощью рентгеновской топографии / Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 4-1(106). С. 26 – 31. DOI: 10.23670/irj.2021.106.4.004Komarovsky N. Yu., Yushchuk V. V., Bindyug D. V., et al. Investigation of the defect distribution gradient in single-crystal silicon and gallium arsenide plates using X-ray topography / Mezhdunar. Nauch.-Issl. Zh. 2021. No. 4-1(106). P. 26 – 31 [in Russian]. DOI: 10.23670/irj.2021.106.4.004Князев С. Н., Кудря А. В., Комаровский Н. Ю. и др. Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы AIIIBV / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2023. Т. 25. № 4. С. 323 – 336. DOI: 10.17073/1609-3577-2022-4-323-336Knyazev S. N., Kudrya A. V., Komarovskiy N. Yu., et al. Methods of dislocation structure characterization in AIIIBV semiconductor single crystals / Izv. Vuzov. 2023. Vol. 25. No. 4. P. 323 – 336 [in Russian]. DOI: 10.17073/1609-3577-2022-4-323-336Шифрин С. С., Мильвидский М. Г., Освенский В. В. Проекционное травление как метод исследования дефектов структуры кристаллов полупроводников / Кристаллография. 1982. Т. 27. № 4. С. 712 – 721.Shifrin S. S., Milvidsky M. G., Oswensky V. V. Projection etching as a method for studying defects in the structure of semiconductor crystals / Kristallografiya. 1982. Vol. 27. No. 4. P. 712 – 721 [in Russian].Марков А. В., Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. О роли дислокаций в формировании свойств монокристаллов полуизолирующего GaAs / Физика и техника полупроводников. 1986. Т. 20. ¹ 4. С. 634 – 640.Markov A. V., Milvidskiy M. G., Osvenskiy V. B. On the Role of dislocations in formation of the properties of semi-insulating GaAs single crystals / Fiz. Tekhn. Poluprovodn. 1986. Vol. 20. No. 4. P. 634 – 640 [in Russian].Jordan A., Caruso R., Von Neida A. A Thermoelastic analysis of dislocation generation in pulled GaAs crystals / Bell Syst. Tech. J. 1980. Vol. 59. No. 4. P. 593 – 637. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1980.tb03024.xJordan A., Caruso R., Von Neida A. A Thermoelastic analysis of dislocation generation in pulled GaAs crystals / Bell Syst. Tech. J. 1980. Vol. 59. No. 4. P. 593 – 637. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1980.tb03024.xМильвидский М. Г., Освенский В. Б., Сахаров Б. А. и др. Образование дислокаций в совершенных монокристаллах под действием напряжений / Доклады Академии наук СССР. 1972. Т. 207. ¹ 5. С. 1109 – 1111.Mil’vidskii M. G., Osvenskii V. B., Sakharov B. A., et al. Formation of dislocations in perfect single crystals under the action of stresses / Dokl. AN SSSR. 1972. Vol. 207. No. 5. P. 1109 – 1111.Sangval K. Crystal etching: theory. experiment. application. — Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo: North-Holland, 1987. — 497 p.Sangval K. Crystal etching: theory. experiment. application. — Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo: North-Holland, 1987. — 497 p.Abrahams M. S., Buiocchi C. J. Etching of dislocations on the low-index faces of GaAs / J. Appl. Phys. 1965. Vol. 36. No. 9. P. 2855 – 2863. DOI: 10.1063/1.1714594Abrahams M. S., Buiocchi C. J. Etching of dislocations on the low-index faces of GaAs / J. Appl. Phys. 1965. Vol. 36. No. 9. P. 2855 – 2863. DOI: 10.1063/1.1714594McHugh S. T. Understanding photography: master your digital camera and capture that perfect photo. — No Starch Press, 2018. — 242 p.McHugh S. T. Understanding photography: master your digital camera and capture that perfect photo. — No Starch Press, 2018. — 242 p.Komarovsky N. Y., Zhuravlev E. O., Molodtsova E. V., et al. Determination of the criterion for morphological classification of etching pits formed in InSb single crystals grown by the Czochralski method in the [111] crystallographic direction and doped with tellurium / Inorg. Mater. Appl. Res. 2024. Vol. 15. No. 6. P. 1689 – 1695. DOI: 10.1134/s2075113325700157Komarovsky N. Y., Zhuravlev E. O., Molodtsova E. V., et al. Determination of the criterion for morphological classification of etching pits formed in InSb single crystals grown by the Czochralski method in the [111] crystallographic direction and doped with tellurium / Inorg. Mater. Appl. Res. 2024. Vol. 15. No. 6. P. 1689 – 1695. DOI: 10.1134/s2075113325700157Weyher J. L., Van de Ven J. Selective etching of n-type GaAs in a CrO3-HF-H2O system under laser illumination / J. Phys. Colloques. 1982. Vol. 43. No. C5. P. C5-313 – C5-319. DOI: 10.1051/jphyscol:1982536Weyher J. L., Van de Ven J. Selective etching of n-type GaAs in a CrO3-HF-H2O system under laser illumination / J. Phys. Colloques. 1982. Vol. 43. No. C5. P. C5-313 – C5-319. DOI: 10.1051/jphyscol:1982536Югов А. А. Пугачев Б. В., Югова Т. Г. и др. Структурные особенности, связанные с двойникованием в процессе роста монокристаллов арсенида галлия методом Чохральского / Кристаллография. 2020. Т. 65. № 6. С. 857 – 861. DOI: 10.31857/s0023476120060417Yugov A. A., Pugachev B. V., Yugova T. G., et al. Structural features associated with twinning in the growth of gallium arsenide single crystals by the Czochralski method / Kristallografiya. 2020. Vol. 65. No. 6. P. 857 – 861 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0023476120060417Бокштейн Б. С., Менделев М. И., Похвиснев Ю. В. Физическая химия: термодинамика и кинетика. — М.: МИСиС, 2012. — 259 с.Bokshtein B. S., Mendelev M. I., Pokhvisnev Yu. V. Physical chemistry: thermodynamics and kinetics. — Moscow: MISIS, 2012. — 259 p. [in Russian].Fedorenko O. A., Dubina N. G., Khristyan V. A., et al. Treatment of the surface of blanks for fabrication of CdZnTe-based detectors / Semiconductors. 2011. Vol. 45. No. 8. P. 1126 – 1129. DOI: 10.1134/s1063782611080069Fedorenko O. A., Dubina N. G., Khristyan V. A., et al. Treatment of the surface of blanks for fabrication of CdZnTe-based detectors / Semiconductors. 2011. Vol. 45. No. 8. P. 1126 – 1129. DOI: 10.1134/s1063782611080069Нашельский А. Я. Технология полупроводниковых материалов: учеб. пособие. — М.: Металлургия, 1987. — 334 с.Nashelsky A. Ya. Technology of semiconductor materials: textbook. — Moscow: Metallurgiya, 1987. — 334 p. [in Russian].Stirland D. J., Straughan B. W. A review of etching and defect characterisation of gallium arsenide substrate material / Thin Solid Films. 1976. Vol. 31. Nos. 1 – 2. P. 139 – 170. DOI: 10.1016/0040-6090(76)90358-8Stirland D. J., Straughan B. W. A review of etching and defect characterisation of gallium arsenide substrate material / Thin Solid Films. 1976. Vol. 31. Nos. 1 – 2. P. 139 – 170. DOI: 10.1016/0040-6090(76)90358-8Шифрин С. С., Освенский В. Б., Мильвидский М. Г. и др. Природа мелких ямок травления в легированных теллуром монокристаллах GaAs / Кристаллография. 1973. Т. 18. ¹ 6. С. 1299 – 1302.Shifrin S. S., Oswensky V. B., Milvidskiy M. G., et al. The nature of small etching pits in tellurium-doped GaAs single crystals / Kristallografiya. 1973. Vol. 18. No. 6. P. 1299 – 1302 [in Russian].Chiang S. Y., Pearson G. L. Properties of vacancy defects in GaAs single crystals / J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46. No. 7. P. 2986 – 2991. DOI: 10.1063/1.321985Chiang S. Y., Pearson G. L. Properties of vacancy defects in GaAs single crystals / J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46. No. 7. P. 2986 – 2991. DOI: 10.1063/1.321985Шляхова А. Г., Шляхов А. Т., Галимов Э. Р. Калориметрическое исследование включений матричного металла в GaAs:Te / Ученые записки Альметьевского государственного нефтяного института. 2006. Т. 4. С. 423 – 432.Shlyakhova A. G., Shlyakhov A. T., Galimov E. R. Calorimetric study of matrix metal inclusions in GaAs:Te / Uch. Zap. Almetyevsk. Gos. Neft. Inst. 2006. Vol. 4. P. 423 – 432 [in Russian].

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