電化學(xué)刻蝕InP過程中電流密度對刻蝕深度的影響

梁凱華

摘 要：文章通過進(jìn)行電化學(xué)陽極刻蝕InP實(shí)驗(yàn)研究了在電化學(xué)刻蝕過程中電流密度發(fā)生變化時(shí)對刻蝕速率的影響并分析了其原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在其他電化學(xué)參數(shù)不變的情況下，刻蝕速率與電流密度呈線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：電流密度；刻蝕深度；影響

1 概述

近年來，人們發(fā)現(xiàn)規(guī)則有序的多孔陣列結(jié)構(gòu)具有新的特性，光會在特定的周期性變化材料中被完全禁止傳播，并將具有這種特性的光學(xué)材料定義為光子晶體，自光子晶體被發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有特殊的光學(xué)性質(zhì)，并在光通信、激光技術(shù)等領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用而備受關(guān)注，如單模發(fā)光二極管、高效零閾值的激光器、高效率低損耗的反射鏡、高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔等[1]。在之前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下，利用電化學(xué)的方法陽極刻蝕InP可以制備出規(guī)則的二維、三維多孔陣列結(jié)構(gòu)，這完全符合光子晶體的特征，并且，InP相對于空氣的介電常數(shù)比是12.5，易于形成光子帶隙結(jié)構(gòu)。然而，制備半導(dǎo)體光子晶體器件，器件的尺寸必須受到嚴(yán)格要求，可是由于在電化學(xué)刻蝕過程中材料的去除和沉積都是以離子遷移的形式進(jìn)行[2]，刻蝕出的多孔陣列結(jié)構(gòu)的深度必然會受到許多客觀因素的影響，因此，本章通過實(shí)驗(yàn)研究了電化學(xué)刻蝕過程中電流密度變化時(shí)對刻蝕深度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所用的襯底為S摻雜n型InP（100）單面拋光襯底片（由中科院半導(dǎo)體研究所制作），載流子濃度1.73×1018cm-3，直徑50.8+/-0.4mm，厚度350+/-25μm。實(shí)驗(yàn)所用的電化學(xué)工作站購于上海辰華有限公司（型號CHI660D）。電化學(xué)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，其中，InP作為工作電極，Pt作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，如圖1所示。

選擇電化學(xué)技術(shù)為計(jì)時(shí)電位法，調(diào)整電解液溫度調(diào)整為10℃，在3M NaCl溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依次改變電流密度為120mA/cm2、180mA/cm2、240mA/cm2、300mA/cm2，刻蝕時(shí)間為5min。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)刻蝕所得到的多孔InP結(jié)構(gòu)截面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2中可以看出當(dāng)電解液溫度為10℃不變時(shí)，電流密度為120mA/cm2時(shí)刻蝕深度為35.61μm，平均刻蝕速率為118.7nm/s，電流密度為180mA/cm2時(shí)刻蝕深度為41.55μm，平均刻蝕速率為138.5nm/s，電流密度為240mA/cm2時(shí)刻蝕深度為47.42μm，平均刻蝕速率為158nm/s，電流密度為300mA/cm2時(shí)刻蝕深度為58.34μm，平均刻蝕速率為194.46nm/s。

2.3結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，當(dāng)電解液溫度恒定為10℃，電流密度從120增長至180mA/cm2時(shí)，刻蝕深度增加了5.94μm，平均刻蝕速率增加了19.8nm/s，電流密度從180增長至240mA/cm2時(shí)，刻蝕深度增加了5.87μm，平均刻蝕速率增加了19.5nm/s，電流密度從240增長至300mA/cm2時(shí)，刻蝕深度增加了10.92μm，平均刻蝕速率增加了36.46nm/s。這可以明顯的看出在其他條件不變的情況下，刻蝕深度及刻蝕速率與電流密度的增加而變大，盡管不同InP樣品之間存在一定的誤差，但是深度及速率的遞增趨勢非常明顯。

3 結(jié)束語

文章通過進(jìn)行電化學(xué)陽極刻蝕InP實(shí)驗(yàn)研究了在電化學(xué)刻蝕過程中電流密度發(fā)生變化時(shí)對刻蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在其他電化學(xué)參數(shù)不變的情況下，刻蝕速率與電流密度呈線性關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]倪培根.光子晶體制備技術(shù)和應(yīng)用研究進(jìn)展[J].物理學(xué)報(bào)，2010（01）：340-350.

[2]柴向宇.磷化銦三維納米陣列結(jié)構(gòu)制備及特性研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2015.