专利名称：用于Ⅱ-Ⅵ族半导体材料位错显示的腐蚀剂及腐蚀方法
技术领域：
本发明涉及I1-VI族半导体材料，具体是指一种用于碲镉汞(HghCd/Te)外 延薄膜材料和碲锌镉(CdnZnyTe)衬底体材料位错显示的腐蚀剂及腐蚀方法。
技术背景Hgl-xCdxTe是一种极其重要的红外探测材料，通常由Cd卜yZrVTe衬底上外延 HghCd;Te薄膜，因此研究其材料的位错密度(EPD)具有重要的意义。目前揭示 Cd卜yZnyTe体材料和Hgl—xCdJe薄膜材料位错密度的腐蚀剂有很多种。对于 HghC4Te薄膜材料的常用腐蚀剂有两种， 一种是H20 : HC1 : Cr03=5ml : lml : 1.67g，见H. F. Schaake， A.J.Lewis, ifeter,Soc. 尸roc, (USA) 14,301(1983);另一种是:H20 : HC1 : HN03 : K2Cr207=80ml : 10ml : 20ml : 8g， 见J. S. Chen,仍，No. 4. 897. 152， (1990)，其中Chen被公认为是目前 Hgl—xCdxTe位错密度显示的标准腐蚀剂。这两种腐蚀剂各有优缺点。Chen腐蚀剂的优点腐蚀坑型规则Chen腐蚀剂的缺点1坑型小，边长为1. 5um左右，只能用光学显微镜1000 倍下统计；2背景"氧化"严重，不利于腐蚀坑的辨认，去掉显微镜的微分干 涉分光棱镜(Normaski)可以增强腐蚀坑和背景对比度，但是背景中的形貌特征 也会被掩盖，同时腐蚀后的水渍痕迹显露，影响观察腐蚀坑图像的"美观"；3腐 蚀样品的位错腐蚀坑分为两类C1和C2，见Yang Jianrong， Chen Xinqiang and He Li， 5"/7《4795， 76(2002)， Cao Xiuliang and Yang Jianrong, C力i刀e5^ Laser& /"/rare" 35, 45(2005)。 Cl为尖角的黑色腐蚀坑，它同下面提到的本发明 腐蚀剂作用的腐蚀坑一致，C2为白色圆弧角的三角型腐蚀坑，这类腐蚀坑目前 是我们不统计的，它的产生机理不清楚，文献也没有相关报导；4对Cd,-yZn/Te 衬底有着很强的氧化作用，会使衬底表面变黑。Schaake腐蚀剂的优点背景清晰光亮，腐蚀坑和背景很容易区分。Schaake腐蚀剂的缺点1、坑型很不规则，大小不一；2、腐蚀坑分为两类S1和S2。 Sl为坑型很不规则，大小不一；S2为背景中的小圆点，它的密度与Sl没有关系， 一般位错密度数量级在1X10Vcm2到1X107cm2之间，关于S2的产生机理文献中也没有相关报导；3、对C山-yZnyTe衬底腐蚀后光亮，但不产生腐蚀坑。发明内容本发明的目的在于找到一种具备Chen和Schaake两种腐蚀剂优点且避免其 缺点的新型腐蚀剂及用该腐蚀剂显示Hgl-xCdxTe薄膜位错腐蚀坑的方法，同时 该腐蚀剂可以对Cdi-yZn/Te衬底的位错腐蚀产生很好的效果。本发明的一种用于II-VI族半导体材料位错显示的腐蚀剂，其特征在于腐 蚀剂的配比为H20 : HC1 : HN03 : HF : K2Cr207 : Cr03 =80ml : 6-10ml : 10_15ml : 0-5ml: 5. lg : 2. 0-7. Og。本发明的一种用于II-VI族半导体材料位错显示的腐蚀方法，其步骤如下 1.被腐蚀样品的预处理将被腐蚀样品放在温度为沸腾的三氯乙烯中去除样品表面的蜡和油脂；然 后用氮气枪吹样品表面的灰尘和碎屑；最后用0. 2%Br-CH20H腐蚀液腐蚀10秒去 除表面的氧化层。
2. 位错腐蚀将被腐蚀样品放在镂空的石英吊篮中，每隔io秒用手控制将石英吊篮浸入、 提出上述配制的腐蚀剂中4-5次，重复这一过程2-5分钟。
3. 被腐蚀样品的后处理用大流速的去离子水冲洗被腐蚀样品，时间大于5分钟，以保证把腐蚀液彻 底冲洗干净以防氧化，然后用氮气枪吹样品表面，直到把样品表面的水吹干。 本发明的优点1样品表面不氧化，腐蚀坑背景非常干净、清晰，利于腐蚀坑的辨认； 2腐蚀坑型边长为4um左右，因此采用光学显微镜可以在200倍下观察，这对于低位错的腐蚀坑密度统计是有益的；3可以对Hgl-xCdxTe外延薄膜材料和CdhZnJe衬底体材料都可以产生位错腐蚀，这对于研究两者位错腐蚀坑的对应关系具有重要意义。
图1为CdQ.。4Zn。.S6Te衬底液相外延生长的HgQ.7Cd .3Te薄膜材料，Hg。.7Cd。.3Te (lll)B面位错腐蚀图，放大1000x，为Chen腐蚀剂，腐蚀时间5min，室温。 是没有去掉Normaski时的照片，可以看到Cl和C2类缺陷并存，腐蚀坑边长 L5um，不能在低倍显微镜下观察。这是采用Chen腐蚀剂已经是很好的照片。图2为Cd。.。4Zn。.96Te衬底液相外延生长的Hg。.7Cd。.3Te薄膜材料，Hg。.7Cd。.3Te (lll)B面位错腐蚀图，放大1000x。腐蚀剂为Schaake，腐蚀时间2. 5min，室 温。是没有去掉Normaski时照片。可以看到Sl和S2类缺陷并存。背景清晰、 干净，但是S1类腐蚀坑很不规则，且大小不一，较小S1类无法与S2类区分。图3为腐蚀剂及配制顺序图。图4 (a)为Hg。.7Cd。.3Te (lll)B面位错腐蚀图1000x;图4(b)为Hg。.7Cd。.3Te (lll)B面位错腐蚀图200x; 图5 为HgoD (lll)B面位错腐蚀图1000x; 图6为Hg。.7Cd。.3Te (110)面位错腐蚀图1000x; 图7为Zn。，Cd。.96Te (lll)B面位错腐蚀图lOOOx; 图8为Zn。.。4Cda96Te (211) B面位错腐蚀图lOOOx。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明.-腐蚀剂包括..H20、 HC1 、 HN03 、 HF 、 K2Cr207 、 Cr03。腐蚀剂各成分的混合按常规的先后放置顺序，依次为H20—HN03—Cr03—K2Cr207—HC1—HF，在室温下搅拌即可，见图3。 实施l被腐蚀样品为ZnawCUe衬底液相外延生长的Hg。.7Cd。.3Te薄膜材料，显示 Hg。.7Cd。.Je薄膜的位错。腐蚀剂配比为H20 : HC1 : HN03 : K2CrA : CiU =80ml : 8ml : 12ml : 5. lg : 2.5g。在室温下，将被腐蚀样品放在镂空的石英吊篮中， 每隔10秒用手控制将吊篮浸入、提出上述配制的腐蚀剂中4次，连续这一过程 2.5分钟。见图4 (a)和图4(b)位错腐蚀图，样品晶面为(111)B面，属于低腐 蚀坑密度样品。由于腐蚀坑密度数量级在103-10Vcm2之间，故光学显微镜1000X 下不能统计腐蚀坑密度，但可以在200X下统计，大大提高了其数值的可信度， 这是Chen腐蚀剂不能实现的，其位错密度(EPD)二5. OX 107cra2。实施2被腐蚀样品为Zn。，Cd。.9aTe衬底液相外延生长的Hg。.7Cd。.3Te薄膜材料，显示 Hg。.7Cd。.3Te薄膜的位错。腐蚀剂配比为H20 : HQ : HN03 : K2Cr207 : Cr03 二80ml : 8ml : 12ml : 5. lg : 2. 5g。在室温下，将被腐蚀样品放在镂空的石英吊篮中，每隔10秒用手控制将吊篮浸入、提出上述配制的腐蚀剂中4次，连续这一过程2.5分钟。见图5位错腐蚀图，样品为(111)B面，属于高EPD样品，其EPD二2.0 X10Vcm2。 实施3被腐蚀样品为Zn。.MCd。.96Te衬底液相外延生长的HgQ.7CdQ.3Te薄膜材料，显示 Hg。.7Cd。.3Te薄膜的位错，解理面(110)面。腐蚀剂配比为H20 : HC1 :跳:HF: K2Cr207 : Cr03 :80ml : 8ml : 12ml : 5ml : 5. lg : 2.5g。在室温下，将被腐 蚀样品放在镂空的石英吊篮中，每隔10秒用手控制将石英吊篮浸入、提出上述 配制的腐蚀剂中5次，连续这一过程4分钟。见图6位错腐蚀图。 实施4被腐蚀样品为衬底Zn。.。4Cd。.96Te (lll)B面。试剂配比H20 : HC1 : HN03 : K2Cr207 : Cr03 二80ml : 8ml : 12ml : 5. lg : 2.5g。在室温下，将被腐蚀样品 放在镂空的石英吊篮中，每隔10秒用手控制将石英吊篮浸入、提出上述配制的 腐蚀剂中4次，连续这一过程5分钟。见图7位错腐蚀图，腐蚀坑型为正三角 型。实施5被腐蚀样品为衬底Zn。.。4Cd。.9je (211)B面。试剂配比H20 : HC1 : HN03 : K2Cr207 : Cr03 : HF=80ml : 8ml : 12ml : 5. lg : 2.5g 。在室温下，将被腐 蚀样品放在镂空的石英吊篮中，每隔10秒用手控制将石英吊篮浸入、提出上述 配制的腐蚀剂中4次，连续这一过程5分钟。见图8位错腐蚀图，腐蚀坑型为 钝角等腰三角型。从实施4和5可以看出本发明的腐蚀剂可以显露CdwZnyTe (lll)B和(211) 面位错腐蚀坑。Chen只对Hgl-xCdJe的位错腐蚀有作用，它对Cd卜yZnyTe有着很强的表面氧化作用，不会出现位错腐蚀坑；Schaake也只对Hgl—xCdJe的位错腐 蚀有作用，对Cd卜yZn/Te有腐蚀作用，但不会产生腐蚀坑。从实施4可以看到样品(111)B面腐蚀坑型规则、清晰易辨，为三角型。腐 蚀坑分为正三角型和锐角等腰三角型及很少不规则型状。其中正三角型被认为 是沿〈110〉走向的60。全位错，锐角等腰三角型为〈211〉走向的肖特基(Shockley) 不全螺旋位错；该样品照片无不规则型状腐蚀坑，这种不规则的腐蚀坑不被认 为是与位错对应。
权利要求
1.一种用于II-VI族半导体材料位错显示的腐蚀剂，其特征在于腐蚀剂的配比为H2O∶HCl∶HNO3∶HF∶K2Cr2O7∶CrO3＝80ml∶6-10ml∶10-15ml∶0-5ml∶5.1g∶2.0-7.0g；所说的II-VI族半导体材料为ZnyCd1-yTe衬底外延生长的Hg1-xCdxTe薄膜材料和ZnyCd1-yTe衬底体材料。
2. 利用权利要求1所述的一种用于I1-VI族半导体材料位错显示的腐蚀剂 的腐蚀方法，其特征在于步骤如下§A.被腐蚀样品的预处理将被腐蚀样品放在温度为沸腾的三氯乙烯中去除蜡和油脂；然后用氮气枪 吹样品表面的灰尘和碎屑；最后用0. 2%Br-CH20H腐蚀液腐蚀10秒钟，去除样品 表面的氧化层； §B.位错腐蚀将被腐蚀样品放在镂空的石英吊篮中，每隔10秒用手控制将吊篮浸入、提 出上述配制的腐蚀剂中4-5次，重复这一过程2-5分钟； §C.被腐蚀样品的后处理用大流速的去离子水冲洗被腐蚀样品，时间大于5分钟，以保证把腐蚀液彻 底冲洗干净以防氧化，然后用氮气枪吹样品表面，直到把样品表面的水吹干。
全文摘要
本发明公开了一种用于II-VI族半导体材料位错显示的腐蚀剂，该腐蚀剂的成份配比为H<sub>2</sub>O∶HCl∶HNO<sub>3</sub>∶HF∶K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>∶CrO<sub>3</sub>＝80ml∶6-10ml∶10-15ml∶0-5ml∶5.1g∶2.0-7.0g。所说的II-VI族半导体材料为Zn<sub>y</sub>Cd<sub>1-y</sub>Te体材料和以其为衬底外延生长的Hg<sub>1-x</sub>Cd<sub>x</sub>Te薄膜材料。腐蚀方法包括被腐蚀样品的预处理，位错腐蚀和被腐蚀样品的后处理。它相比于目前Hg<sub>1-x</sub>Cd<sub>x</sub>Te薄膜材料专用位错显示的两种常用Schaake和Chen腐蚀剂具有明显优势，体现在腐蚀坑型较大、规则、背景清晰；又可以显示衬底材料Cd<sub>1-y</sub>Zn<sub>y</sub>Te的位错腐蚀坑，这对于研究外延和衬底的位错对应关系具有重要意义。
文档编号C23F11/04GK101220477SQ20081003325
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者丁瑞军, 力 何, 杨建荣, 赵守仁, 陆修来, 陈新强, 魏彦锋 申请人:中国科学院上海技术物理研究所