电化学腐蚀机理及腐蚀剂课件
27页1、第2章 化学腐蚀法检测晶体缺陷,硅单晶中的各种缺陷对器件的性能有很大的影响,它会造成扩散结面不平整,使晶体管中出现管道,引起p-n结的反向漏电流增大等。 而各种缺陷的产生和数量的多少与晶体制备工艺和器件工艺有关。,晶体缺陷的实验观察方法有许多种,如透射电子显微镜、X光貌相技术、红外显微镜及金相腐蚀显示(化学腐蚀法)等方法。,电化学腐蚀法的特点: (1)设备简单,操作易掌握,又较直观,是观察研究晶体缺陷的最常用的方法之一。 (2)可以揭示缺陷的类型、数量和分布情况,找出缺陷形成、增殖和晶体制备工艺及器件工艺的关系,为改进工艺,减少缺陷、提高器件合格率和改善器件性能提供线索。,2.1 半导体晶体的电化学腐蚀机理及常用腐蚀剂,一、电化学腐蚀机理 1、电化学腐蚀:指金属或半导体材料在电解质溶液中受到的腐蚀,也是指由于形成了原电池而发生电化学作用引起的腐蚀。如图2-2-1:,图2-2-1 金属的电化学腐蚀的装置,2、硅单晶形成的电化学腐蚀的特点: (1)半导体被腐蚀的各部分或区域之间存在电位差,有正负极。 (2)不同电极电位相互接触。 (3)不同部分处于连通的电解质溶液中,构成许多微电池。,3、
2、半导体晶体的电化学腐蚀机理: 利用半导体晶体在各种酸或碱性电解质溶液中,表面构成了微电池,由于微电池的电化学作用使晶体表面受到腐蚀,其实质是一种氧化还原反应。,(1)在HNO3和HF溶液电解质溶液中的腐蚀 负极: 正极:,总反应:,无氧化剂时,发生析氢反应,反应速度较慢 正极:,(2)在NaOH和KOH溶液电解质溶液中的腐蚀 负极: 正极: 总反应: 添加中性或碱性氧化剂可以提高其腐蚀速度,如,二、影响半导体单晶电化学腐蚀速度的各种因素,1、腐蚀液成分: 根本原因:能否促进电极反应的顺利进行 (1)强酸强碱 (2)强氧化剂可以加快腐蚀速度 (3)成分相同的腐蚀液配比不同,腐蚀速度也有别 在纯HNO3和纯HF中的腐蚀速度小。当HNO3:HF=1:4.5时,腐蚀速度有最大值。 如图所示:,图2-2-2 硅在70%(重量)HNO3+49%(重量)HF混合液中的腐蚀速度与成分的关系,2、电极电位:电位低的电极容易被腐蚀,电位高的电极不容易被腐蚀。电位差越大,腐蚀越快。而对于半导体晶体,决定电极电位高低的因素: 1)腐蚀液成分和导电类型(如图2-2-3) 2)载流子浓度(如图2-2-4),图2-
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