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微纳米加工技术不仅能实现功能结构与器件的微小型化,也可以构筑具有许多不同于宏观尺度特性的微纳材料和结构。超大规模集成电路、微/纳机电系统、微全分析系统、微纳光学等的发展都离不开微纳米加工技术的进步。半导体是微纳电子器件中必不可少的组成,因此半导体的微/纳加工至关重要。 与其他微纳米加工技术相比,约束刻蚀剂层技术(CELT)在半导体的加工方面有着独特的优势。CELT目前已成功应用于硅(Si)和砷化镓(GaAs)的微/纳加工中,但其对于其他半导体材料的加工也具有很大的潜力。为了拓展CELT的应用范围,需要研究不同半导体材料的刻蚀反应动力学。利用半导体在溶液中的光腐蚀可实现对半导体的微加工以及量子点形貌控制,但是光腐蚀反应动力学的研究并不完善。因此,本论文围绕约束刻蚀体系和光腐蚀体系中刻蚀反应动力学,开展了以下研究工作: (1)采用直径为25μm的Pt微电极刻蚀不同半导体,利用动态刻蚀理论模型对刻蚀得到的轮廓进行动态拟合,得到了Br2刻蚀GaAs、InP和GaP的刻蚀反应表观速率常数,这与拟合SECM反馈曲线测得的刻蚀反应速率常数差异较大,这是因为刻蚀速率会随着刻蚀的进行逐渐减小。刻蚀InP前后探针极限扩散电流和InP基底的反馈电流的变化表明,刻蚀反应会导致探针电极略微钝化,基底则钝化严重,由此推测Br2刻蚀InP的产物会覆盖在InP表面形成钝化层阻碍刻蚀的进行。最后,通过SEM和XPS表征发现,InP被Br2刻蚀后,表面形成了疏松的钝化层,该钝化层由In2O3、 InPO4、In(PO3)3等刻蚀产物组成。 (2)根据GaAs在Fe2(SO4)3/H2SO4溶液中光腐蚀的机理,推导出其反应速率方程,建立了GaAs在SECM反馈模式下的光腐蚀反应动力学模型。通过拟合不同Fe3+浓度及光强下GaAs光腐蚀的SECM渐进曲线,测得了一系列光腐蚀的表观反应速率常数。对比不同条件下的表观反应速率常数及反应速率发现,光腐蚀的速率在低光照强度下受光生电子数目的限制。而在光强较高时,半导体溶液界面的电子转移和溶液中的传质都可能成为速率控制步骤。此外,我们发展了一种基于光刻蚀的微加工方法,采用9/125μm的光纤对GaAs进行了光刻蚀加工。