Иваново, Ивановская область, Россия
Рассмотрены основные процессы, протекающие в лабораторном реакторе при плазмохимической обработке арсенида галлия (GaAs) в плазме хлора. Показано, что при такой обработке GaAs роль химических процессов оказывает существенное влияние как на процессы травления этого полупроводникового материала, так и на стадии формирования стационарной концентрации хлора в реакторе, атомы которого выступают в качестве основной химически активной частицы (ХАЧ) при травлении GaAs. Совместно с процессами образования атомов хлора в реакторе, рассматриваются физические процессы их гетерогенной рекомбинации на внутренней поверхности стеклянного реактора и на образцах GaAs. В работе экспериментально показано, что без учета стадий гетерогенной рекомбинации атомов хлора на поверхностях, ограничивающих зону плазмы, константы скоростей процессов химического взаимодействия атомов хлора с GaAs оказываются завышенными. Травление арсенида галлия выполнялось в проточном реакторе при малых скоростях истечения плазмообразующего газа и при поддержании общего давления на постоянном уровне. Для диагностических целей и экспериментального определения констант скоростей целевых процессов была использована релаксационная импульсная методика, позволяющая исследовать процессы химической и гетерогенной рекомбинации ХАЧ непосредственно в зоне положительного столба тлеющего разряда в хлоре.
процесс, стадии, травление, концентрация, частицы, рекомбинация, плазма
1. Zhang B., Wang D., Tang J., Wang X., Wei Z., Nie Z., Wang B., Zhang J., Xing G., Zhang W. Ultrafast carrier relaxation dynamics of photoexcited GaAs and GaAs/AlGaAs nanowire array. PCCP: Physical Chemistry Chemical Physics. 2020. V. 22. N 44. P. 25819-25826. DOI:https://doi.org/10.1039/d0cp04250a.
2. Galiev G.B., Klimov E.A., Pushkarev S.S., Klochkov A.N., Zaitsev A.A. Study of the surface morphology, electrophysical characteristics, and photoluminescence spectra of GaAs epitaxial films on GaAs (110) substrates. Optics and Spectroscopy. 2020. V. 128. N 7. P. 877-884. DOI:https://doi.org/10.21883/OS.2020.07.49556.18-20.
3. Пивоваренок С.А., Дунаев А.В., Ефремов А.М., Светцов В.И. Плазменное наноразмерное травление GaAs в хлоре и хлороводороде. Нанотехника. 2011. № 1 (25). С. 69-71.
4. Sitanov D.V., Efremov A.M., Svettsov V.I. Dissociation of chlorine molecules in a glow discharge plasma in mixtures with argon, oxygen, and nitrogen. High Energy Chemistry. 1998. V. 32. N 2. P. 123-126.
5. Pivovarenok S.A., Murin D.B., Sitanov D.V. Effect of a mixture’s composition on the electrophysical parameters and emission spectra of hydrogen chloride plasma with chlorine and helium. Russian Microelectronics. 2021. V. 50. N 1. С. 39-44. DOI:https://doi.org/10.31857/S0544126920060095.
6. Sitanov D.V., Pivovarenok S.A. Kinetics of atomic recombination on silicon samples in chlorine plasma. Plasma Physics Reports. 2018. V. 44. N 8. P. 713-722. DOI:https://doi.org/10.1134/S0367292118080085.
7. Curley G.A., Gatilova L., Guilet S., Bouchoule S., Gogna G.S., Sirse N., Karkari S., Booth J.P. Surface loss rates of H and Cl radicals in an inductively coupled plasma etcher derived from time-resolved electron density and optical emission measurements. J. Vac. Sci. Technol. 2010. V. 28. N 2. P. 360-372. DOI:https://doi.org/10.1116/1.3330766.
8. Luc Stafford, Joydeep Guha, Rohit Khare, Stefano Mattei, Olivier Boudreault, Boris Clain, Vincent M. Donnelly. Experimental and modeling study of O and Cl atoms surface recombination reactions in O2 and Cl2 plasmas. Pure Appl. Chem. 2010. V. 82. N. 6. P. 1301–1315. DOIhttps://doi.org/10.1351/PAC-CON-09-11-02.
9. Rhallabi A., Chanson R., Landesman J.-P., Cardinaud C., Fernandez M.-C. Atomic scale study of INP etching by Cl2 –Ar ICP plasma discharge. The European Physical Journal. Applied Physics. 2011. V. 53. N 3. P. 33606.
10. Efremov A.M., Betelin V.B., Kwon K.Ho., Snegirev D.G. Plasma parameters and kinetics of active species in HBr + Cl2 + O2 gas mixture. ChemChemTech. 2019. V. 62. N 7. P. 72-79. DOI:https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196207.5947.
11. Skorodumov A.E., Sitanov D.V., Svettsov V.I. Use of optical emission spectroscopy for determining the number concentration of chlorine atoms in a chlorine-oxygen plasma. High Energy Chemistry. 2000. V. 34. N 5. P. 331-333. DOI:https://doi.org/10.1007/BF02762688.
