本文講了我們華林科納研究了半導體襯底的光電效應,接觸電位引起的腐蝕可以加速,光照度可以增加Pt/GaAs邊界之間的接觸電位,從而增強GaAs/溶液界面和Pt/溶液界面的極化,從而加速砷化鎵的陽極溶解,基于這一原理,證明了光增強的電化學機制可以提高ECNL的效率。
已經證明,當系統浸沒在含有電子受體(如KMnO4)的電解質中時,接觸電位可以誘導n-GaAs的陽極溶解(圖1a),并且我們開發了一種用于形成3D-MNSs模板形成的ECNL技術,了解到n-GaAs是一種具有優異光電性能的半導體,如圖1b所示,當n-GaAs被照亮時,由于兩種材料的功函數不同,電子將從價帶退出到導帶,然后移動到Pt側,當兩種材料在Pt/n-GaAs邊界上具有相同的費米能級時,系統將達到平衡,即建立熱力學平衡。通過測量在40mM高錳酸鉀和1.84M硫酸的電解質溶液中的界面電位,實驗證明了上述理論分析。如圖1d所示,當Pt金屬化模板電極與砷化鎵晶片分離時,與Hg/Gg2SO4參考電極相比,Pt/GaAs界面和GaAs/溶液界面的電位分別為0.84V和0.65V。
如圖2a和2b所示,GaAs電極上的表觀陽極電流密度在無光照時約為6.7uA cm,有光照時增加到77.9 uA cm以上,鉑電極上的電流密度變化不太明顯,但仍比GaAs電極上獲得的電流密度高得多(圖2c和d)。
反應系統的速率決定步驟是砷化鎵的腐蝕,無論系統是否被照亮。需要注意的是,光電效應使砷化鎵的腐蝕速率提高了大約三個數量級,這表明了ECNL工藝的加速,從而提高了其制造效率,對比ECNL實驗是在有照明和無照明的情況下進行的。由ECNL在GaAs晶片上制造的凹面微透鏡陣列,工作時間為20分鐘,不使用和使用460mW的照明功率。從圖所示的曲線可以看出,有照明時的移動速率加快了1.5倍以上,去除量與腐蝕時間,去除率在開始時迅速增加,然后緩慢下降。15分鐘內不同照明功率下的微透鏡輪廓和去除量,當照明功率大于150 mW時,去除率(或體積)有所提高,這個閾值實際上是n-GaAs晶片中電荷分離、復合和轉移之間的平衡,也是ECNL中涉及的界面電荷轉移過程,當功率高于閾值時,去除率隨照明功率線性增加。
我們證明了在電解質環境中,由Pt和砷化鎵邊界之間的接觸電位引起的砷化鎵的光電效應加速腐蝕,在氙氣光源的照明下,由于電子功函數的不同,電子將從價帶被激發到導帶,然后移動到鉑側,因此,Pt/溶液界面和砷化鎵/溶液界面的極化都被增強,界面電荷轉移被動力學加速,動力學研究表明,速率決定步驟確實是砷化鎵的腐蝕,然而在實際的ECNL過程中,陰離子的質量平衡和產物的去除將會造成問題。砷化鎵的加速腐蝕速率將提高ECNL的效率,這種獨特的電化學現象使得ECNL作為直接在半導體晶片上制造功能性3D-MnS的微加工技術更具競爭力,并且在半導體工業中具有潛在的應用前景。
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