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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autora: Neves, Silmara das
Título: Etching Químico a Cristais de InP com Soluções de HCl
Ano: 1992
Orientador: Prof. Dr. Marco-Aurelio De Paoli
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: --
Resumo: Atualmente há um grande interesse pelo uso de semicondutores compostos, à base da liga de índio e fósforo (InP), na área de dispositivos optoeletrônicos para telecomunicações. Na fabricação e no controle de qualidade destes dispositivos, a necessidade de utilização de processos confiáveis continua crescendo. O ataque químico (etching) em semicondutores constitue uma etapa importante no seu processamento pois, todo dispositivo é submetido a vários etchings neste processo. No entanto, embora este método seja usado em escala de produção e existam na literatura muitas informações sobre soluções de ataque químico e seus efeitos sobre semicondutores compostos, principalmente o InP, não há praticamente nenhuma publicação que discuta o que ocorre durante os etchings. Assim, desenvolvemos este trabalho com a finalidade de compreendermos o processo de ataque químico que ocorre, em particular, com o InP em soluções de HCl em meio aquoso e alcoólico. Iniciamos a pesquisa identificando os produtos da reação de dissolução do InP em HCl e, confirmamos dessa forma, o mecanismo de dissolução proposto na literatura. Relacionamos o poder de ataque químico com o grau de dissociação do HCl, através da variação da concentração da solução de ataque (3 a 12M em meio aquoso). A constante de velocidade de reação (k) foi determinada através da inclinação do gráfico da variação do número de moles de InP com o tempo. O comportamento do ataque químico em função da concentração de HCl em meio aquoso e alcoólico é observado em um gráfico de variação de k em função das concentrações de HCI em que ocorreram os etchings. O modelamento matemático destas curvas tornou o etching mais previsível para este sistema, permitindo o seu planejamento. A dependência de k com a temperatura em que foram realizados os etchings também foi estudada, através da equação de Arrhenius, onde gráficos do log k em função de 1/T resultaram em retas, cujas inclinações correspondem à energia de ativação da reação. Os valores da energia de ativação serviram para definir se a etapa determinante da velocidade de reação de dissolução do semicondutor é controlada por difusão ou cineticamente. Isto também foi confirmado na observação dos perfis de ataque resultantes do etching em regiões pré-determinadas na superfície do semicondutor, por processos fotolitográficos. Os perfis de ataque foram observados com o auxílio do microscópio eletrônico de varredura e os planos cristalográficos revelados pelo etching foram identificados. Utilizamos o etching químico com solução de HCI/H3PO4 (3:2), como procedimento alternativo para o desbaste de substratos de InP. Dessa forma, minimizamos e, em alguns casos, até eliminamos muitos problemas existentes no método tradicional de desbaste (químico-mecânico). Todos os experimentos foram realizados em área limpa, nos laboratórios da Divisão de Optoeletrônica, do CPqD-TELEBRAS.
Abstract: Recently, there has been a great interest for the application of InP semiconductors in the field of optoeletronic devices for telecommunications. The need of using trustable processes has been growing in the fabrication and quality controll of optoelectronic devices. The chemical etching of semiconductors is one of the most important step in optoelectronic devices processing, as alI devices pass through etchings in their processing. Although there is much information in the literature about the solutions used for the chemical etching and its effects in semiconductors, to our knowledge there is no report at all that leads to the understanding of what happens during the etchings. Therefore, this research was developed with the purpose of understanding the etching process that occurs, particularly, with the InP in solutions of HCI in alcoholic and aqueous media. This research started by identifying the products of dissolution reaction of the InP in HCl, confirming, as a result the mechanism of dissolution proposed in the literature. The relationship between the power of etching and the degree of HCl dissociation was studied by the variation of the etching solution concentration (3 to 12M, aqueous). The specific rate constant (k) was calculated as the slope of the plot of mol number variation versus time. The etching behavior as a function of the HCl concentration in aqueous and alcoholic media was studied by pIotting k versus HCl concentration. A mathematic modelling of these lines provide a method for prediction of the etching behavior in these system. The relationship between k and the etching temperature was also studied using the Arrhenius equation, where the pIot of Iog k versus 1/T gave straight Iines with slopes corresponding to activation energy. The activation energies were used to define if the rate determining step of the semiconductor dissolution reaction is diffusion or kinetically controlled. This was also confirmed when observing the etching profiles resulting from predetermined areas in semiconductor surfaces, obtained by photolithographic processes. The profiles were observed using a Scanning Electron Microscope and, as a consequence, the crystallographic planes developed by etching were identified. The etching in HCl/H3PO4 (3:2) solution was used as an alternative procedure for thinning the InP substracts. As a consequence, many problema existing in the traditional thinning method (chemimechanical) were decreased or even eliminated. All the experiments were performed at the clean room facilities of the Optoelectronics Division of CPqD - TELEBRAS.
Arquivo (Texto Completo): vtls000049089.pdf ( tamanho: 9,65MB )

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