书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：GaAs中金属辅助化学刻蚀的机理特性
编号：JFKJ-21-729
作者：炬丰科技
摘要
由于其独特的物理性质，各种砷化镓微纳米结构在太阳能电池、发光二极管和场效应晶体管等许多技术应用中引起了越来越多的研究关注。在这方面，已经探索了许多制造技术，其中，金属辅助化学蚀刻被成功地应用于砷化镓，以实现成本效益、大规模和复杂的结构。然而，详细的解释以及相应的蚀刻机制至今尚未被报道，或者仅仅依赖于硅的空穴注入模型来解释这一现象。在这项工作中，我们进行了更系统的研究，以进一步探索和评估砷化镓使用金催化剂和[KMnO4/H2SO4]蚀刻体系的蚀刻现象。结果表明，砷化镓的各向异性蚀刻行为主要是由于金诱导的Au/GaAs界面表面缺陷，使得特定区域更容易氧化，从而导致简单的定向湿蚀刻；因此，具有更高的边表面积比的金图案获得了更多的各向异性蚀刻。所有这些发现不仅为砷化镓的MacEtch过程提供了额外的见解，而且还提供了操纵各向异性湿蚀刻的不同蚀刻参数的必要信息，以实现制造复杂的砷化镓结构的技术应用
介绍
大量的加工成本、低通量、化学污染和诱导的表面粗糙度可能会潜在地限制这些结构的实际实施。同时，另一种自上而下的方法，称为金属辅助化学蚀刻(MacEtch)，首次在硅中进行演示，利用贵金属(如Ag、Au和Pt)作为预沉积在起始衬底上的催化剂，它可以引入各向异性湿蚀刻，在大规模内实现相同的高宽比结构，但与RIE相比，化学和加工条件要温和得多。通过实验观察，发现砷化镓的各向异性蚀刻行为主要是由于Au/GaAs界面的表面缺陷，使得特定区域更容易氧化，从而导致简单的定向湿蚀刻；因此，对于具有较高的边表面积比的金图案，获得了更多的各向异性蚀刻。这些发现不仅为砷化镓的MacEtch过程提供了额外的见解，而且还提供了关于不同蚀刻参数的必要信息，以操纵这种各向异性的湿蚀刻，以实现制造成本效益、大规模和复杂的砷化镓结构的技术应用。
实验
除非另有说明，所有的化学反应都是在环境大气下进行的。晶片在去离子过程中用超声波彻底清洗水(DI)、丙酮和无水乙醇依次处理5min，然后在氮气流下吹干。然后，利用传统的光刻和提升工艺，在砷化镓表面制备了条纹长度为100μm、可变宽度为2、5和56μm的微尺度金条纹图案作为催化剂。具体来说，通过电子束蒸发沉积了20nm厚的金薄膜。接下来，将高锰酸钾溶解在硫酸（98%）/h2o混合物(1：9v/v)中，制备蚀刻剂。具有金条纹图案的砷化镓基质用酸化的高锰酸钾溶液蚀刻，不搅拌5min，然后用DI洗涤，用氮气吹干。
结果和讨论
在本研究中，蚀刻参数主要通过适应不同的蚀刻剂浓度(5、10和15mM高锰酸钾)、工艺温度(25、35、45和55°C)和蚀刻时间(增加1min步长为1−5min)来变化。考虑到高锰酸钾在可见光存在下的不稳定性，高锰酸钾在使用前在黑暗中再结晶纯化。图1显示了该蚀刻过程的示意图，以及不同的蚀刻浓度和温度不变的金条纹蚀刻宽度和蚀刻时间对砷化镓基底蚀刻形态的影响。
阐明验证所有物质(如Au、高锰酸钾、硫酸等)的作用。在此蚀刻过程中，进行了几个对照实验：(a)将底物放置在没有蚀刻剂的1：9h2so4/h2o溶液中，(b)将底物放置在没有硫酸的蚀刻剂中，(c)将金条纹替换为二氧化硅条纹。实验a和b用于确定蚀刻过程中每种化学剂的效果，而实验c用于评估对不含金催化剂的裸底物的蚀刻剂的效果。所有这些控制结果都汇编在图4中。
文章：GaAs中金属辅助化学刻蚀的机理特性
编号：JFKJ-21-729
作者：炬丰科技
摘要
由于其独特的物理性质，各种砷化镓微纳米结构在太阳能电池、发光二极管和场效应晶体管等许多技术应用中引起了越来越多的研究关注。在这方面，已经探索了许多制造技术，其中，金属辅助化学蚀刻被成功地应用于砷化镓，以实现成本效益、大规模和复杂的结构。然而，详细的解释以及相应的蚀刻机制至今尚未被报道，或者仅仅依赖于硅的空穴注入模型来解释这一现象。在这项工作中，我们进行了更系统的研究，以进一步探索和评估砷化镓使用金催化剂和[KMnO4/H2SO4]蚀刻体系的蚀刻现象。结果表明，砷化镓的各向异性蚀刻行为主要是由于金诱导的Au/GaAs界面表面缺陷，使得特定区域更容易氧化，从而导致简单的定向湿蚀刻；因此，具有更高的边表面积比的金图案获得了更多的各向异性蚀刻。所有这些发现不仅为砷化镓的MacEtch过程提供了额外的见解，而且还提供了操纵各向异性湿蚀刻的不同蚀刻参数的必要信息，以实现制造复杂的砷化镓结构的技术应用
介绍
大量的加工成本、低通量、化学污染和诱导的表面粗糙度可能会潜在地限制这些结构的实际实施。同时，另一种自上而下的方法，称为金属辅助化学蚀刻(MacEtch)，首次在硅中进行演示，利用贵金属(如Ag、Au和Pt)作为预沉积在起始衬底上的催化剂，它可以引入各向异性湿蚀刻，在大规模内实现相同的高宽比结构，但与RIE相比，化学和加工条件要温和得多。通过实验观察，发现砷化镓的各向异性蚀刻行为主要是由于Au/GaAs界面的表面缺陷，使得特定区域更容易氧化，从而导致简单的定向湿蚀刻；因此，对于具有较高的边表面积比的金图案，获得了更多的各向异性蚀刻。这些发现不仅为砷化镓的MacEtch过程提供了额外的见解，而且还提供了关于不同蚀刻参数的必要信息，以操纵这种各向异性的湿蚀刻，以实现制造成本效益、大规模和复杂的砷化镓结构的技术应用。
实验
除非另有说明，所有的化学反应都是在环境大气下进行的。晶片在去离子过程中用超声波彻底清洗水(DI)、丙酮和无水乙醇依次处理5min，然后在氮气流下吹干。然后，利用传统的光刻和提升工艺，在砷化镓表面制备了条纹长度为100μm、可变宽度为2、5和56μm的微尺度金条纹图案作为催化剂。具体来说，通过电子束蒸发沉积了20nm厚的金薄膜。接下来，将高锰酸钾溶解在硫酸（98%）/h2o混合物(1：9v/v)中，制备蚀刻剂。具有金条纹图案的砷化镓基质用酸化的高锰酸钾溶液蚀刻，不搅拌5min，然后用DI洗涤，用氮气吹干。
结果和讨论
在本研究中，蚀刻参数主要通过适应不同的蚀刻剂浓度(5、10和15mM高锰酸钾)、工艺温度(25、35、45和55°C)和蚀刻时间(增加1min步长为1−5min)来变化。考虑到高锰酸钾在可见光存在下的不稳定性，高锰酸钾在使用前在黑暗中再结晶纯化。图1显示了该蚀刻过程的示意图，以及不同的蚀刻浓度和温度不变的金条纹蚀刻宽度和蚀刻时间对砷化镓基底蚀刻形态的影响。
阐明验证所有物质(如Au、高锰酸钾、硫酸等)的作用。在此蚀刻过程中，进行了几个对照实验：(a)将底物放置在没有蚀刻剂的1：9h2so4/h2o溶液中，(b)将底物放置在没有硫酸的蚀刻剂中，(c)将金条纹替换为二氧化硅条纹。实验a和b用于确定蚀刻过程中每种化学剂的效果，而实验c用于评估对不含金催化剂的裸底物的蚀刻剂的效果。所有这些控制结果都汇编在图4中。
