Способ создания контактных слоев на поверхности оптических полупроводниковых кристаллов типа aiibvi

Способ создания контактных слоев на поверхности оптических полупроводниковых кристаллов типа aiibvi

Реферат

 

Изобретение относится к электронной, лазерной и криогенной технике, использующих полупроводниковые кристаллы A^IIB^VI . С целью получения однородного по толщине, механически прочного слоя при сохранении оптических свойств кристаллов и упрощения процесса кристаллы обезжиривают в насыщенном растворе кальцинированной соды в течение 20 - 30 мин при 18 - 25С, наносят на нее слой серебра из смеси растворов щелочного аммиаката серебра и инвертированного сахара при 10 - 15С со скоростью 0,005 - 0,012 мкм/мин с последующей отмывкой кристалла в дистиллированной воде и просушкой. Растворы содержат, мас. % : азотнокислое серебро 1,57; гидрат окиси калия (45% -ный) 2,27; водный аммиак (25% -ный) 17,79; остальное дистиллированная вода и рафинированный сахар 7,13; ректификованный этиловый спирт 13,46; концентрированная азотная кислота 0,22; остальное дистиллированная вода, взятые в отношении 2 : 1. 2 табл. , 2 ил.

Изобретение относится к электронной, лазерной и криогенной технике, использующих полупроводниковые кристаллы типа А^IIB^VI, в частности к использованию оптических элементов из кристаллического ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, CdSe, CdTe в ИК-технике при работе в широком интервале температур, в том числе при работе в условиях глубоких охлаждений. Известен способ нанесения контактных металлических слоев на поверхность полупроводникового кристалла путем термического испарения металла в вакууме [1] . При этом навеску металла нагревают в вакууме до температуры, достаточной для его испарения. Кристаллическую подложку, предварительно обезжиренную, промытую и просушенную, размещают на пути интенсивного потока испарившихся частиц, которые, конденсируясь на подложке, образуют на ее поверхности тонкую пленку испаряемого материала. Основными недостатками этого способа создания контактных слоев являются отсутствие возможности нанесения равномерных по толщине слоев металла на кристаллические поверхности сложной формы, например на цилиндрические поверхности, и отсутствие возможности получения прочного сцепления между наносимыми слоями металла и полированной поверхностью кристаллов. Недостатками указанного способа являются также длительность, трудоемкость и энергоемкость процесса создания металлического слоя, а также необходимость использования вакуумной техники. Известен также ионно-термический способ нанесения на полированную поверхность кристалла тонких металлических слоев, обладающих более высокой адгезией [2] . Сущность этого способа заключается в частичной ионизации испарившихся атомов, ускорении их в электрическом поле и осаждении совместно с неионизованными атомами на предварительно обезжиренную, промытую и просушенную положку, находящуюся в вакууме 10^-4- 10^-5 мм рт. ст. Ионизованные и затем ускоренные атомы (ионы) приобретают большую энергию, благодаря чему они при осаждении выбивают с поверхности подложки загрязнения, а наиболее высокоэнергетические внедряются в подложку на глубину в несколько атомных слоев. Вследствие этого и обеспечивается хорошее сцепление слоя металла с поверхностью кристаллической полупроводниковой подложки. Однако этот способ не обеспечивает возможности нанесения равномерных по толщине пленок металла на поверхность сложной формы. Кроме того, такой способ металлизации длителен, дорогостоящ и трудоемок, так как требует специальной сложной ионно-вакуумной установки. Известен также способ создания контактного слоя металла с поверхностью полупроводника, заключающийся в получении тонкой алюминиевой пленки методом химического осаждения из паровой фазы [3] . При этом используется соединение AlCl₃, нагретое до 1000^оС, которое, реагируя с расплавленным алюминием, образует соединение, которое при помощи газотранспортных реакций переносится в область более низких температур (400^оС), где распадается на Al и AlCl₃ вблизи полупроводниковой подложки, нагретой до 400^оС. Благодаря этому на поверхности предварительно обезжиренной, промытой и просушенной подложки происходит рост однородной по толщине алюминиевой пленки со скоростью примерно 500 /мин. Недостатками этого способа являются трудоемкость, связанная с использованием технологии газотранспортных реакций, требующей сложной техники дозировки газовых потоков, энергоемкость, длительность процесса металлизации, невозможность металлизировать поверхность сложной формы. Известен также способ создания контактных металлических слоев на поверхности полупроводниковых кристаллов типа А^IIB^VI, выбранный в качестве прототипа [4] , в котором с целью улучшения адгезии металлического слоя с поверхностью кристалла на предварительно обезжиренную (протравленную в кипящей щелочи и очищенную спиртом), промытую и просушенную поверхность, кристаллического образца типа А^IIB^VIвакуумным напылением поочередно наносят слои In + Ag или In + Al с последующей термообработкой в кислородсодержащей среде, при этом термообработка заключается в подогреве кристалла на воздухе до 190-220^оС в течение 3-4 мин. Основной недостаток этого способа, кроме недостатков метода напыления, указанных выше, заключается в том, что он требует травление поверхности кристалла в кипящей щелочи и термообработки в кислородсодержащей среде, а это приводит к разрушению и окислению поверхности кристаллического образца. Между тем спецификой создания контактных слоев на ряде материалов, в том числе оптических кристаллических материалов, является то, что операции их металлизации не должны ухудшать оптических свойств материалов (недопустимо окислять поверхности, эрозировать их механически либо химическим или термическим травлением). Поэтому предлагаемый в прототипе способ оказывается непригодным для создания металлических слоев на оптических элементах, используемых, например, в качестве выходных окон лазеров, электрооптических модуляторов и т. д. Недостатком этого способа является также недостаточно высокая адгезия металлических слоев с поверхностью кристалла типа A^IIB^VI, особенно с полированной. Целью изобретения является создание на поверхности полупроводниковых оптических кристаллов типа A^IIB^VI однородного по толщине механически прочного контактного слоя при сохранении оптических свойств кристаллов и упрощение процесса. Цель достигается тем, что по способу нанесения металлического контактного слоя на поверхность оптических полупроводниковых кристаллов типа A^IIB^VI, включающему обезжиривание, промывку и нанесение на поверхность кристалла металлического слоя, согласно изобретению поверхность кристалла обезжиривают в насыщенном растворе кальцинированной соды в течение 20-30 мин при 18-25^оС, промывают, после чего химически осаждают на нее слой серебра из смеси щелочного раствора аммиаката серебра и раствора инвертированного сахара при 10-15^оС со скоростью 0,005-0,012 мкм/мин с последующей отмывкой кристалла в дистиллированной воде и просушкой (состав серебрящей смеси растворов приведен в формуле). Температура обезжиривающего раствора кальцинированной соды не должна превышать указанной (25^оС), чтобы не происходило травление поверхности оптического полупроводникового образца. Если обезжиривание производить при температуре ниже 18^оС или в течение времени меньше 20 мин, или не в насыщенном растворе кальцинированной соды, то обезжиривание поверхности оказывается недостаточно эффективным, вследствие чего не достигают положительного эффекта в получении однородного, механически прочного слоя металла на поверхности оптического полупроводникового кристалла типа A^IIB^VI. Температура серебрящей смеси щелочного раствора аммиаката серебра и раствора инвертированного сахара не должна превышать 15^оС, так как при более высоких температурах слои серебра осаждаются на поверхность кристалла со скоростью, значительно превышающей 0,012 мкм/мин, в результате чего слой серебра получается рыхлым и механически непрочным. Если осаждение слоя серебра проводить при температуре ниже 10^оС, то адгезия серебряного слоя с поверхностью кристалла будет хуже, чем при выбранном и заявленном температурном интервале (10-15^оС). Это объясняется тем, что при температуре ниже 10^оС энергия ионов серебра оказывается недостаточной для образования на поверхности кристалла серебряного слоя с высокой адгезией. Выбор заявленного температурного интервала поясняется графиками, представленными на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлен график изменения адгезионной способности слоя серебра с поверхностью оптического полупроводникового кристаллического образца селенида цинка в зависимости от температуры химической серебрящей смеси растворов; на фиг. 2 - график изменения электрического удельного сопротивления нанесенного на поверхность кристалла селенида цинка слоя серебра в зависимости от температуры химической серебрящей смеси растворов. Положительный эффект в предложенном способе нанесения на поверхность оптического полупроводникового кристалла слоя серебра из химического раствора достигается вследствие того, что упрощен обезжиривающий агент (насыщенный раствор кальцинированной соды) по сравнению с обычно используемыми, которые эрозируют поверхность кристалла; подобран оптимальный режим обезжиривания (температурный, временной) применительно к оптическим полупроводниковым кристаллам A^IIB^VI, обеспечивающий достаточно эффективную очистку в упрощенном обезжиривателе и не ухудшающий оптических свойств кристаллов, эффективная очистка оптической поверхности проводится при низких (комнатных) температурах, исключающих термическое (химическое) растравливание и окисление поверхности кристаллов, что особенно важно при изготовлении различных оптических элементов, в том числе оптических отражателей; отсутствует предварительная операция травления поверхности кристалла; отработанный оптимальный применительно к кристаллам A^IIB^VIрежим осаждения серебра (температурный, скоростной) обеспечивает получение однородного по толщине неотслаивающегося металлического слоя, пригодного для создания теплового контакта или припайки обычным путем электрических выводов либо других конструкционных материалов. Кроме того, положительный эффект достигается тем, что операция термообработки кристалла после осаждения серебра, служащая увеличению адгезии слоя с поверхностью, отсутствует, это способствует сохранению оптических свойств кристаллов, а вся предлагаемая совокупность операций позволяет и без операции термообработки создать слои серебра, не менее прочно сцепленные с оптической поверхностью полупроводникового материала A^IIB^VI, чем, например, в случае прототипа при наличии термообработки (см. табл. 2); высокой адгезии контактного металлического слоя с поверхностью кристалла способствует то, что он формируется из ионизованного серебра, образующегося в результате химических реакций, протекающих при смешивании щелочного раствора аммиаката серебра и раствора инвертированного сахара, улучшению адгезии способствует также исключение в предложенном способе операции просушки образца (после обезжиривания и промывки) и, следовательно, дополнительной возможности загрязнения поверхности кристалла; способ обеспечивает создание металлического контактного слоя на поверхности кристаллов любой геометрической формы и является предельно простым и технологичным. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены, потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". Для осуществления заявляемого способа обезжиривают поверхность полупроводникового оптического кристалла в упрощенном обезжиривателе в указанном температурном и временном режимах, промывают поверхность кристалла, осаждают металлический слой на поверхность кристалла с указанной скоростью при температурах указанного диапазона, отмывают кристалл и просушивают его. П р и м е р 1. Кристаллический образец селенида цинка (ZnSe) обезжиривают в насыщенном ( 40% -ном) растворе кальцинированной соды (Na₂CO₃) в течение 20 мин при комнатной температуре, после чего образец промывают в дистиллированной воде и хранят в воде до металлизации. Готовят щелочной раствор аммиаката серебра (Ag(NH₃)₂OH) из 100 г дистиллированной воды, 2 г азотнокислого серебра, 22,7 г водного аммиак (25% -ной), 2,9 г насыщенного (45% -ного) гидрата окиси калия. Готовят раствор инвертированного сахара из 500 г дистиллированной воды, 45 г рафинированного сахара, 85 г ректифицированного этилового спирта, 1,4 г концентрированной азотной кислоты. Полученные растворы охлаждают до 10^оС, после чего берут две объемные части щелочного раствора аммиаката серебра и одну объемную часть раствора инвертированного сахара, смешивают оба раствора, помещают в указанную смесь растворов образец селенида цинка для осаждения металлического контактного слоя. Осаждение слоя серебра ведут течение 20 мин (со скоростью 0,005 мкм/мин), после чего образец вынимают из смеси химических растворов, промывают дистиллированной водой при комнатной температуре и просушивают в струе чистого сухого воздуха. Для определения параметров полученного металлического слоя к нему подпаивают металлические проволочки для крепления при испытаниях, определяют прочность сцепления металлического слоя с оптической поверхностью кристалла (адгезию пленок), адгезия пленки составляет 306 Н/см². В табл. 1 приведены примеры осуществления способа создания контактного слоя на поверхности оптического кристалла селенида цинка и достигаемый положительный эффект в зависимости от приведенных в примерах 1-5 параметров. В табл. 2 приведены сравнительные характеристики и режимы нанесения металлических слоев по способу-прототипу, аналогам и заявленному способу. Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ имеет следующие преимущества: является значительно более простым, технологичным и экономичным, позволяет наносить на поверхность кристаллических полупроводниковых образцов любой геометрической формы однородные по толщине, механически прочные серебряные слои, обеспечивающие тепловой контакт, пригодные для припайки к ним обычным способом электрических выводов и (или) конструкционных элементов. Весьма ценным преимуществом предложенного способа в отличие от известных технических решений является возможность создания контактных слоев на оптических кристаллических элементах без ухудшения оптических свойств кристаллов. (56) 1. Данилин Б. С. Вакуумное нанесение тонких пленок. М. : Энергия, 1967, с. 17. 2. Демин В. В. , Готра З. Ю. и др. Прогрессивные методы производства микросхем. Львов: Каменяр, 1973, с. 7-51. 3. ЕПВ 0064805А2, кл. Н 01 L 21/285, 1982. 4. Авторское свидетельство СССР N 698450, кл. Н 01 L 21/28, 1973.

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОНТАКТНЫХ СЛОЕВ НА ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ ТИПА A^IIB^IV, включающий обезжиривание, промывку и нанесение на поверхность кристалла металлического слоя, отличающийся тем, что, с целью получения однородного по толщине механически прочного слоя при сохранении оптических свойств кристаллов и упрощения процесса, обезжиривание проводят в насыщенном растворе кальцинированной соды в течение 20 - 30 мин при 18 - 25^oС, металлический слой наносят при 10 - 15^oС путем осаждения серебра из смеси щелочного раствора аммиаката серебра следующего состава, мас. % : Азотнокислое серебро 1,57 Гидрат окиси калия (45% -ный) 2,27 Водный аммиак (25% -ный) 17,79 Дистиллированная вода Остальное и раствора инвертированного сахара следующего состава, мас. % : Рафинированный сахар 7,13 Ректифицированный этиловый спирт 13,46 Концентрированная азотная кислота 0,22 Дистиллированная вода Остальное причем указанные растворы берут в соотношении 2 : 1 и наносят со скоростью 0,005 - 0,012 мкм/мин с последующей отмывкой кристалла в дистиллированной воде и просушкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000