Спиральные ямки травления в кремнии

Дислокации в полупроводниковых кристаллах представляют интерес с точки зрения как механических, так и электрических свойств. Одним из наиболее успешных методов выявления дислокаций является травление; недавно Эллис показал, что таким путем можно обнаружить в германии не только краевые, но также и винтовые дислокации. Полагают, что винтовые дислокации с большим вектором Бюргерса приводят к возникновению спиральных ямок травления такого типа, какой наблюдал Эллис. В аналогичной работе Омара, Пандиа и Толанского на алмазе не удалось обнаружить спиральных ямок травления, подобных тем, какие видны на германии. На гранях {111} этих кристаллов были видны только спиральные узоры, которые связывают с гексогональными кольцевыми трещинами. Применяя соответствующее травление, нам удалось обнаружить спиральные ямки травления на монокристаллах кремния, который, подобно германию, имеет структуру типа алмаза.

Ямки, показанные на фиг. 1, наблюдались на плоскости {111} монокристалла кремния, который был выращен методом вытягивания из расплава на затравке, ориентированной направлением <111> вдоль оси роста. Плоскость, выбранная для исследования, нормальна к этой оси. На. фиг. 1, а показана спираль правого вращения, а на фиг. 1, б — спираль левого вращения. Применяя метод освещения, разработанный Толанским и позволяющий определять профиль поверхности, удалось наблюдать некоторые детали формы ямки, видной на фиг. 1, а. Депрессия ямки пирамидальная, спадающая по пологой кривой, к почти плоскому дну. Общая глубина ямки 2 мк, а высота ступени — около 0,25 мк. С помощью того же метода выявляется также много треугольных ямок травления, но они или состоят из замкнутых ступенек, или не имеют ясно выраженной структуры.

Примененный метод травления состоял в следующем. Сначала образцу придавалась плоская поверхность путем шлифовки с применением серии карборундовых порошков. Поверхностный слой удалялся травлением в СР-4. Затем выявлялись ямки травления обработкой в СР-4, к которому добавлялись возрастающие количества уксусной кислоты для замедления скорости травления. В частности, состав травителя, использованного для выявления показанных на фотографиях спирален, состоял из Ю частей 48%-ной HF, 10 частей концентрированной HNO3, 20 частей ледяной уксусной кислоты и 1 части Br, причем ямки появлялись на нижней поверхности пластинки, помещенной в чашку Петри. Это указывало на то, что на нижней поверхности скорость травления была замедлена растворенным кремнием и что для выявления спиральных ямок травления нужно применять травитель, который действует медленнее, чем нормальный СР-4. Увеличение количества уксусной кислоты до 50 частей привело к выявлению ямок травления не только на нижней поверхности, но и на верхней.

Интересно описать выявленные таким образом картины травления в терминах дислокационной модели. Так, спиральные ямки травления могут возникать из отдельной винтовой дислокации, а замкнутые террасовидные ямки — из пары винтовых дислокаций противоположного направления. Однако так как развитие таких ямок травления, по-видимому, в каждом отдельном случае сильно зависит от применяемой методики травления, то для установления точной природы кристаллографических дефектов, которые приводят к этим террасовидным ямкам травления, необходимо провести дополнительные исследования с применением некоторых других методов.