Формування низькопоруватих шарів фосфіду індію із заданим рівнем якості

Автор(и)

  • Sergij Vambol Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-8376-9020
  • Igor Bogdanov Бердянський державний педагогічний університет вул. Шмідта, 4, м. Бердянськ, Україна, 71100, Україна https://orcid.org/0000-0002-3035-7989
  • Viola Vambol Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-8229-3956
  • Yana Suchikova Бердянський державний педагогічний університет вул. Шмідта, 4, м. Бердянськ, Україна, 71100, Україна https://orcid.org/0000-0003-4537-966X
  • Olexandr Kondratenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-9687-0454

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133193

Ключові слова:

фосфід індію, електрохімічне травлення, морфологічні показники, поруваті напівпровідники, критерій якості

Анотація

Для можливості формування наноструктурованих шарів на поверхні напівпровідників із регульованими властивостями розроблено морфологічний критерій якості. Отримано шари низькопоруватого фосфіду індію з мезопоруватою структурою. Поруваті шари формувалися методом електрохімічного травлення у розчині соляної кислоти при постійній щільності струму. За розробленим критерієм проаналізовано якість синтезованих зразків por-InP. Це дозволить виготовляти структури з поруватими шарами на поверхні у промислових масштабах. Представлений критерій може бути застосованим для інших режимів обробки фосфіду індію, або для інших напівпровідників. Це дозволяє розглядати його як універсальний морфологічний критерій якості поруватих структур. Встановлено кореляцію між морфологічними властивостями поруватих структур на поверхні фосфіду індію та умовами травлення. Для цього було проаналізовано поруваті структури, які формувалися у інтервалі часу травлення від 10 до 20 хв при різній концентрації кислоти у електроліті. У результаті встановлено, що форма пор наноструктурованих шарів на поверхні напівпровідників залежить не лише від параметрів кристалу, а й від умов травлення, зокрема від часу травлення та складу електроліту. Застосування насичених електролітів призводить до формування масивних пор, які мають форму канавок – витягнуті еліпси. Отримані кореляції є корисними з практичної точки зору, тому що дозволяють обґрунтовано підходити до визначення режимів електрохімічної обробки напівпровідників. Крім того, це відкриває нові перспективи у побудові моделі самоорганізації поруватої структури на поверхні напівпровідників. Представлено методику розрахунку основних статистичних характеристик ряду розподілу пор за розміром, зокрема розмах варіації, дисперсію,середньоквадратичне відхилення, коефіцієнти варіації та асиметрії. Це дозволяє більш детально оцінювати морфологічні показники поруватих структур та просунутися у розумінні механізмів, що лежать в основі пороутворення на поверхні напівпровідників під час електрохімічної обробки

Біографії авторів

Sergij Vambol, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра прикладної механіки

Igor Bogdanov, Бердянський державний педагогічний університет вул. Шмідта, 4, м. Бердянськ, Україна, 71100

Доктор педагогічних наук, професор, ректор

Viola Vambol, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра охорони праці та техногенно-екологічної безпеки

Yana Suchikova, Бердянський державний педагогічний університет вул. Шмідта, 4, м. Бердянськ, Україна, 71100

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра професійної освіти

Olexandr Kondratenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра прикладної механіки

Посилання

  1. Benor, A. (2018). New insights into the oxidation rate and formation of porous structures on silicon. Materials Science and Engineering: B, 228, 183–189. doi: 10.1016/j.mseb.2017.11.015
  2. Vambol, S. O., Bohdanov, I. T., Vambol, V. V., Suchikova, Y. O. et. al. (2017). Formation of Filamentary Structures of Oxide on the Surface of Monocrystalline Gallium Arsenide. Journal of Nano- and Electronic Physics, 9 (6), 06016–1–06016–4. doi: 10.21272/jnep.9(6).06016
  3. Khalil, M., Jan, B. M., Tong, C. W., Berawi, M. A. (2017). Advanced nanomaterials in oil and gas industry: Design, application and challenges. Applied Energy, 191, 287–310. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.01.074
  4. Sun, H., Deng, J., Qiu, L., Fang, X., Peng, H. (2015). Recent progress in solar cells based on one-dimensional nanomaterials. Energy & Environmental Science, 8 (4), 1139–1159. doi: 10.1039/c4ee03853c
  5. Suchikova, Y. A. (2015). Synthesis of indium nitride epitaxial layers on a substrate of porous indium phosphide. Journal of Nano- and Electronic Physics, 7 (3), 03017-1–03017-3.
  6. Peng, S., Jin, G., Li, L., Li, K., Srinivasan, M., Ramakrishna, S., Chen, J. (2016). Multi-functional electrospun nanofibres for advances in tissue regeneration, energy conversion & storage, and water treatment. Chemical Society Reviews, 45 (5), 1225–1241. doi: 10.1039/c5cs00777a
  7. Bina, M., Grasselli, F., Paris, M. G. A. (2018). Continuous-variable quantum probes for structured environments. Physical Review A, 97 (1). doi: 10.1103/physreva.97.012125
  8. Sepehri-Amin, H., Iwama, H., Hrkac, G., Butler, K. T., Shima, T., Hono, K. (2017). Pt surface segregation in L1 0 -FePt nano-grains. Scripta Materialia, 135, 88–91. doi: 10.1016/j.scriptamat.2017.03.035
  9. Suchikova, Y. A., Kidalov, V. V., Sukach, G. A. (2010). Preparation of nanoporous n–InP(100) layers by electrochemical etching in HCI solution. Functional Materials, 17 (1), 131–134.
  10. Hussein, H. E. M., Amari, H., Macpherson, J. V. (2017). Electrochemical Synthesis of Nanoporous Platinum Nanoparticles Using Laser Pulse Heating: Application to Methanol Oxidation. ACS Catalysis, 7 (10), 7388–7398. doi: 10.1021/acscatal.7b02701
  11. Suchikova, Y., Kidalov, V., Sukach, G. (2010). Blue shift of photoluminescence spectrum of porous InP. ECS Transactions, 25 (24), 59–64. doi: 10.1149/1.3316113
  12. Föll, H., Carstensen, J., Frey, S. (2006). Porous and Nanoporous Semiconductors and Emerging Applications. Journal of Nanomaterials, 2006, 1–10. doi: 10.1155/jnm/2006/91635
  13. Tiginyanu, I., Monaico, E., Sergentu, V., Tiron, A., Ursaki, V. (2014). Metallized Porous GaP Templates for Electronic and Photonic Applications. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 4 (3), P57–P62. doi: 10.1149/2.0011503jss
  14. Standing, A., Assali, S., Gao, L., Verheijen, M. A., van Dam, D., Cui, Y. et. al. (2015). Efficient water reduction with gallium phosphide nanowires. Nature Communications, 6 (1). doi: 10.1038/ncomms8824
  15. Monaico, E., Colibaba, G., Nedeoglo, D., Nielsch, K. (2014). Porosification of III–V and II–VI Semiconductor Compounds. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 9 (2), 307–311. doi: 10.1166/jno.2014.1581
  16. Bioud, Y. A., Boucherif, A., Belarouci, A., Paradis, E., Drouin, D., Arès, R. (2016). Chemical Composition of Nanoporous Layer Formed by Electrochemical Etching of p-Type GaAs. Nanoscale Research Letters, 11 (1). doi: 10.1186/s11671-016-1642-z
  17. Ocier, C. R., Krueger, N. A., Zhou, W., Braun, P. V. (2017). Tunable Visibly Transparent Optics Derived from Porous Silicon. ACS Photonics, 4 (4), 909–914. doi: 10.1021/acsphotonics.6b01001
  18. Tan, D., Lim, H. E., Wang, F., Mohamed, N. B., Mouri, S., Zhang, W. et. al. (2016). Anisotropic optical and electronic properties of two-dimensional layered germanium sulfide. Nano Research, 10 (2), 546–555. doi: 10.1007/s12274-016-1312-6
  19. Vambol, S., Bogdanov, I., Vambol, V., Suchikova, Y., Lopatina, H., Tsybuliak, N. (2017). Research into effect of electrochemical etching conditions on the morphology of porous gallium arsenide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (90)), 22–31. doi: 10.15587/1729-4061.2017.118725
  20. Dubey, R. S. (2013). Electrochemical Fabrication of Porous Silicon Structures for Solar Cells. Nanoscience and Nanoengineering, 1 (1), 36–40.
  21. Suchikova, Y. A., Kidalov, V. V., Sukach, G. A. (2010). Influence of the Carrier Concentration of Indium Phosphide on the Porous Layer Formation. Journal of Nano- and Electronic Physics, 2 (4), 142–147.
  22. Sychikova, Y. A., Kidalov, V. V., Sukach, G. A. (2013). Dependence of the threshold voltage in indium-phosphide pore formation on the electrolyte composition. Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 7 (4), 626–630. doi: 10.1134/s1027451013030130
  23. Bremus-Koebberling, E. A., Beckemper, S., Koch, B., Gillner, A. (2012). Nano structures via laser interference patterning for guided cell growth of neuronal cells. Journal of Laser Applications, 24 (4), 042013. doi: 10.2351/1.4730804
  24. Beckemper, S. (2011). Generation of Periodic Micro- and Nano-structures by Parameter-Controlled Three-beam Laser Interference Technique. Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 6 (1), 49–53. doi: 10.2961/jlmn.2011.01.0011
  25. Gerngross, M.-D., Carstensen, J., Föll, H. (2014). Electrochemical growth of Co nanowires in ultra-high aspect ratio InP membranes: FFT-impedance spectroscopy of the growth process and magnetic properties. Nanoscale Research Letters, 9 (1), 316. doi: 10.1186/1556-276x-9-316
  26. Monaico, E., Tiginyanu, I., Volciuc, O., Mehrtens, T., Rosenauer, A., Gutowski, J., Nielsch, K. (2014). Formation of InP nanomembranes and nanowires under fast anodic etching of bulk substrates. Electrochemistry Communications, 47, 29–32. doi: 10.1016/j.elecom.2014.07.015
  27. Shukla, S., Oturan, M. A. (2015). Dye removal using electrochemistry and semiconductor oxide nanotubes. Environmental Chemistry Letters, 13 (2), 157–172. doi: 10.1007/s10311-015-0501-y
  28. Ma, N., Chen, Y., Zhao, S., Li, J., Shan, B., Sun, J. (2018). Preparation of super-hydrophobic surface on Al–Mg alloy substrate by electrochemical etching. Surface Engineering, 1–9. doi: 10.1080/02670844.2017.1421883
  29. Qi, X., Fang, X., Zhu, D. (2018). Investigation of electrochemical micromachining of tungsten microtools. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 71, 307–314. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.11.045
  30. Ulin, V. P., Konnikov, S. G. (2007). Electrochemical pore formation mechanism in III–V crystals (Part I). Semiconductors, 41 (7), 832–844. doi: 10.1134/s1063782607070111
  31. Suchikova, Y. A., Kidalov, V. V., Balan, O. S., Sukach, G. A. (2010). Texturation of the Phosphide Indium Surface. Journal of Nano- and Electronic Physics, 2 (1), 50–53.
  32. Langa, S., Tiginyanu, I. M., Carstensen, J., Christophersen, M., Föll, H. (2003). Self-organized growth of single crystals of nanopores. Applied Physics Letters, 82 (2), 278–280. doi: 0.1063/1.1537868
  33. Langa, S., Carstensen, J., Christophersen, M., Steen, K., Frey, S., Tiginyanu, I. M., Föll, H. (2005). Uniform and Nonuniform Nucleation of Pores during the Anodization of Si, Ge, and III-V Semiconductors. Journal of The Electrochemical Society, 152 (8), C525. doi: 10.1149/1.1940847
  34. Buckley, D. N., Lynch, R. P., Quill, N., O’Dwyer, C. (2015). Propagation of Nanopores and Formation of Nanoporous Domains during Anodization of n-InP in KOH. ECS Transactions, 69 (14), 17–32. doi: 10.1149/06914.0017ecst
  35. Su, G., Guo, Q., Palmer, R. E. (2003). Patterned arrays of porous InP from photolithography and electrochemical etching. Journal of Applied Physics, 94 (12), 7598. doi: 10.1063/1.1628836
  36. Monaico, E., Tiginyanu, I., Volciuc, O., Mehrtens, T., Rosenauer, A., Gutowski, J., Nielsch, K. (2014). Formation of InP nanomembranes and nanowires under fast anodic etching of bulk substrates. Electrochemistry Communications, 47, 29–32. doi: 10.1016/j.elecom.2014.07.015
  37. Zhang, Y., Cao, L., Chai, X., Liang, K., Han, Y., Wang, Y. et. al. (2016). Transferring porous layer from InP wafer based on the disturbance. 2016 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO). doi: 10.1109/3m-nano.2016.7824988
  38. Vambol, S., Bogdanov, I., Vambol, V., Suchikova, Y., Kondratenko, O., Hurenko, O., Onishchenko, S. (2017). Research into regularities of pore formation on the surface of semiconductors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (87)), 37–44. doi: 10.15587/1729-4061.2017.104039
  39. Suchikova, Y. A., Kidalov, V. V., Sukach, G. A. (2009). Influence of type anion of electrolit on morphology porous InP obtained by electrochemical etching. Journal of Nano- and Electronic Physics, 1 (4), 111–118.
  40. Quill, N., Green, L., O’Dwyer, C., Buckley, D. N., Lynch, R. P. (2017). Electrochemical Pore Formation in InP: Understanding and Controlling Pore Morphology. ECS Transactions, 75 (40), 29–43. doi: 10.1149/07540.0029ecst
  41. Vambol, S., Vambol, V., Bogdanov, I., Suchikova, Y., Rashkevich, N. (2017). Research of the influence of decomposition of wastes of polymers with nano inclusions on the atmosphere. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 57–64. doi: 10.15587/1729-4061.2017.118213
  42. Udupa, A., Yu, X., Edwards, L., Goddard, L. L. (2018). Selective area formation of arsenic oxide-rich octahedral microcrystals during photochemical etching of n-type GaAs. Optical Materials Express, 8 (2), 289. doi: 10.1364/ome.8.000289
  43. Bashkany, Z. A., Abbas, I. K., Mahdi, M. A., Al-Taay, H. F., Jennings, P. (2016). A Self-Powered Heterojunction Photodetector Based on a PbS Nanostructure Grown on Porous Silicon Substrate. Silicon, 10 (2), 403–411. doi: 10.1007/s12633-016-9462-4
  44. Rowe, D. M. (Ed.) (2005). Thermoelectrics handbook: macro to nano. CRC Press, 1008. doi: 10.1201/9781420038903

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-08

Як цитувати

Vambol, S., Bogdanov, I., Vambol, V., Suchikova, Y., & Kondratenko, O. (2018). Формування низькопоруватих шарів фосфіду індію із заданим рівнем якості. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (93), 48–55. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133193

Номер

Том 3 № 12 (93) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Sergij Vambol, Igor Bogdanov, Viola Vambol, Yana Suchikova, Olexandr Kondratenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.