Избирательное травление

Сущность метода избирательного (селективного) травления состоит в том, что исследуемый образец погружается в подходящую среду, например, жидкий раствор, расплав, или газообразный химический реагент [56-59].

Кристаллическая поверхность, подвергнутая механической обработке, (резка, шлифовка и полировка), включает в себя нарушенный слой, глубина которого зависит от твердости кристаллического материала, ориентации, типа абразива, температуры и прикладываемого давления. Механически поврежденная поверхность травится быстрее, чем неповрежденная [58, 61, 62]. Глубина поверхности, на которой скорость травления становится постоянной, и определяет глубину нарушенного слоя [58].

В случае дислокационных дефектов искажение атомных связей в области линии дислокации в кристалле приводит к избыточной энергии в данной области кристалла. Это и делает кристалл в местах выхода дислокации на поверхность менее устойчивым к воздействию химических травителей.

Большая скорость травления нарушенной поверхности определяется совместным влиянием как увеличенной площади поверхности, так и плотности дислокаций [63,64]. Задолго до того, как было показано, что ямки травления выявляют точки выхода дислокаций, травление использовалось для изучения 25

симметрии кристаллов и определения ориентации [59,65].

Составы химических селективных травителей приведены во многих ранних работах по выявлению дислокационных ямок травления [66-69]. Существуют справочники с рецептами травителей для различных плоскостей полупроводниковых и диэлектрических кристаллов [58, 65]. Тем не менее, многие травители часто требуют корректировки для исследований дислокационной структуры кристаллов, в связи с чем возникает необходимость дополнительного изучения данного вопроса Также установлено, что геометрические размеры дислокационных ямок зависят от времени травления, температуры, от качества травителя, предварительной обработки образца.

Процесс травления относится к группе технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т.п. [56]. Впервые ямки травления на спиралях роста были получены Хорном и Геверсом при изучении SiC. Авторы обнаружили также образование изолированных ямок травления, не связанных с винтовыми дислокациями, выстраивание ямок вдоль линий скольжениям (так называемые каналы растворения), сформированные близко расположенными ямками травления. Почти одновременно с этими работами появились и другие сообщения о ямках в полосах скольжения. Возможность наблюдения отдельных ямок травления в полосах скольжения определяет применимость метода для исследования пластической деформации кристаллов [56-57].

Разновидностью метода селективного травления является электрохимическая (электролитическая) обработка поверхности, применимая к

электропроводящим кристаллам.

Термическое травление реализуется при нагреве кристалла до высокой температуры, при которой происходит испарение с поверхности, являющееся процессом, обратным росту и приводящее к образованию ямок травления. Имеются данные о том, что термические ямки травления могут формироваться на дислокациях, загрязненных примесями, или на скоплениях примесей, однако в целом процессы термического травления отличаются сложностью и их механизм ещё далёк от понимания [56,58]

Интересная особенность термических ямок травления состоит в том, что при низких температурах они кристаллографически ориентированы, а при температурах, близких к точке плавления кристалла, имеют круговую морфологию. Круглые ямки, подобно кристаллографически ориентированным ямкам травления, обычно имеют террасчатое строение в форме концентрических колец, начинающихся с некоторого источника. В ряде случаев на поверхности наблюдаются спирали испарения.

Избирательное окисление. Дислокации являются активными центрами химических реакций и, следовательно, их химическую реакционную способность можно использовать для выявления дислокаций в кристаллах. Рассматриваемый метод состоит в нагревании кристалла в течение некоторого времени при соответствующей температуре в воздухе или в другой окислительной атмосфере. Вследствие разной реакционной способности поверхности кристалла и некоторых ее активных точек конфигурацию такой окисленной поверхности можно наблюдать в оптическом микроскопе.

Травление ионной бомбардировкой. Ионная бомбардировка поверхностей кристалла при низких энергиях ионов (100... 1000 эВ) и низких давления газа (0,1... 1 Па Формирование этих особенностей в общем случае объясняется вариациями скорости распыления поверхности вследствие существования на ней нерегулярностей и дефектов. При образовании на поверхности некоторой 27

особенности, дальнейший ее рост в основном определяется угловой зависимостью выхода распыления, в то время как собственно зарождение происходит на дефектах, индуцированных излучением, или на примесях. Некоторые результаты говорят о том, что малоугловые границы и изолированные краевые дислокации, изначально присутствующие в кристаллах, выявляются этим методом, по-видимому, в результате сегрегации примесей на дислокациях [57].

1.4.1