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Título [Principal]: Gravações de microestruturas atraves de ataque fotoeletroquimico de fosfeto de indio
Autor(es): David Soltz
Palavras-chave [PT]:

Eletroquimica , Semicondutores , Fosfeto de indio , Fotoeletroquimica
Titulação: Doutor em Quimica
Banca:
Marco-Aurelio De Paoli [Orientador]
Lucila Cescato [Co-orientador]
Resumo:
Resumo: O tema desta tese é o estudo do ataque fotoeletroquímico (FEQ) de InP, uma área de grande interesse para a indústria opto-eletrônica. Cristais de InP foram corroídos em HClaq utilizando luz homogênea com o objetivo de estudar o processo de ataque e a formação de microestruturas na superfície da amostra. Padrões gerados holograficamente foram gravados em amostras de InP, utilizando o mesmo procedimento. A reação de corrosão de InP foi estudada e uma comparação foi feita entre HCI e vários outros eletrólitos e, entre ataque eletroquímico (tipo p, no escuro) e fotoeletroquímico (tipo n, iluminado). Um modelo foi desenvolvido para explicar a anisotropia do ataque em termos do mecanismo e da cinética da reação de corrosão fotoeletroquímica. Para os estudos da topografia, corrosões FEQ foram feitas utilizando-se um padrão uniforme (luz homogênea) empregando uma lâmpada de tungstênio. Os ataques resultaram na formação de microestruturas, cujas formas e dimensões dependeram do potencial da reação de dissolução e da quantidade de material removido, respectivamente. Atacando com potenciais mais anódicos resultou na formação de sulcos alinhados ao eixo <011> com perfis bastante regulares. As bordas foram definidas pelos planos lentos de ataque (etch stop planes) do índio "agudos": (111) e (111). Por outro lado, atacando com potenciais mais catódicos resultou na formação de "furos" (pits) alinhados ao eixo <011>. Estes furos foram compostos de grandes planos de (111) e (111) e "pseudo planos" constituídos por uma combinação dos quatro planos lentos de ataque de índio: os planos que formam um ângulo agudo com a superfície (100): (111) e (111) e os planos que formam um ângulo obtuso: (111) e (111). Em ambos os casos as dimensões das estruturas aumentaram com a quantidade de material removido, mas a forma geral não foi afetada por este parâmetro. Os dois tipos de estruturas apresentaram propriedades antirefletoras interessantes, que poderiam ter aplicações na área de conversão de energia. A dependência da morfologia do ataque com o potencial foi explicada em termos do comprimento de difusão dos portadores minoritários na direção paralela à superfície, que está sendo atacada. Para os estudos da gravação FEQ holográfica, padrões de redes (faixas claras e escuras) foram gerados através da interferência de dois feixes de luz coerente produzidos por um laser de argônio. O período destas redes depende da frequência da luz e do ângulo entre os dois feixes interferentes. Redes gravadas paralelas ao eixo <011> desenvolveram um perfil triangular devido ao controle cinético da reação de ataque. As bordas do triângulo corresponderam aos planos cristalinos de índio de ordem maior e o aprofundamento da rede foi inibido por sua revelação. O perfil das redes gravadas paralelas ao eixo <011> não foi limitado por fatores cinéticos e estas redes desenvolveram uma forma arredondada e atingiram uma profundidade maior. Neste tipo de ataque o crescimento da rede foi monitorado através de um sistema de detecção síncrona que segue o sinal auto-difratado (a componente de um feixe refletido da amostra interferindo com o componente difratado do outro feixe). A evolução deste sinal concordou com a forma prevista pela teoria escalar de difração possibilitando seu uso para monitorar o aprofundamento dos sulcos. Este sinal de auto difração também foi utilizado para operar um sistema de estabilização para fixar o padrão projetado na rede que está sendo gravada. Desta maneira, as perturbações no sistema holográfico são corrigidas, mantendo o contraste do padrão de interferência e permitindo a gravação de períodos de alta frequência espacial (< 0,5mm). Foi observado, entretanto, que a profundidade das redes gravadas com este sistema de estabilização fica limitada devido ao fato do sinal de auto-difração passar por zero.

Abstract: This work concerns the photoelectrochemical (PEC) etching of InP, an area of considerable interest to the optoelectronics industry. Crystals of InP were corroded in 1 M HClaq using homogeneous light, in order to study the etching process and the formation of microstructures on the sample surface. Utilizing the same procedure, high spatial frequency patterns generated holographically were engraved onto InP samples. The InP corrosion reaction was studied and a comparison made between etching in HClaq and other aqueous electrolytes. Both eIectrochemicaI (p-type in the dark) and photoelectroehemical (n-type, in the Iight) etching were investigated. A model was developed which can account for the anisotropic nature of the etching process in terms of the mechanism and kinetics of the PEC corrosion reaction. Topographical studies of PEC etching in homogeneous white light were conducted with a tungsten lamp source. The attacks resulted in the revelation of microstructures, the shape and size of which depended on the etching conditions and charge density, respectively. At more positive etching potentials grooves aligned along the <011> axis were formed. The walls of these grooves correspond to the (111) and (111) indium etch stop planes, which form an acute angle with the (100) surface. Etching at more negative potentials, however, resulted in the formation of pits aligned along the <011> axis. These pits are composed of Iarge (111) and (111) planes, and "pseudo planes" made up of a combination of alI four indium etch stop planes; the (111) and (111) acute planes, and the (111) and (111) planes, which form an obtuse angle with the (100) surface. ln both cases the size of the structures increased with the charge density, but the overall form was not affected by this parameter. The dependence of the surface morphology on the etching potential was explained in terms of the diffusion length of the phologenerated minority carriers in the direction parallel to the surface. The two types of etched surfaces have interesting antireflecting properties, and could find application in the area of energy conversion. In order to study PEC holographic etching, gratings were projected onto the samples, produced by the interference of two coherent beams from an argon ion laser. The period of the gratings depended on the frequency of light and angle between the two beams. Gratings etched parallel to the <011> axis displayed a triangular profile due to kinetic control. The sides of the grooves were composed of higher order indium etch stop planes, which limited the aspect ratio (depth over period) of the structures. Gratings aligned parallel to the <011> direction were not limited by kinetic control. These structures exhibited a rounded profile, and could be elched deeper. Optical monitoring of the holographic etching was accomplished by using a technique of synchronous detection to follow the self diffracted signal (the component reflected by the sample from one of the beams, interfering with the diffracted component from the other beam). The evolution of this signal agreed well with the form predicted by scalar theory, and it was shown to be a useful method for following the development of the etched gratings in real time. This signal was also used to operate a phase-Iock loop stabilization system, which corrected for perturbations and guaranteed the contrast of the grating. The use of this technique allowed for the etching of high spatial frequency gratings (period < 0,5mm), however the depth of these gratings was limited to the value at which the auto-diffraction signal passes through a second zero.
Data de Defesa: 31-12-1995
Código: vtls000097866
Informações adicionais:
Idioma: Português
Data de Publicação: 1995
Local de Publicação: Campinas, SP
Orientador: Marco-Aurelio De Paoli, Lucila Cescato
Instituição: Universidade Estadual de Campinas . Instituto de Quimica
Nível: Tese (doutorado)
UNICAMP: Programa de Pós-Graduação em Química

Dono: admin
Criado: 31-05-2006 08:37
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