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本文介紹了水和溴在砷化鎵上的共吸附實驗，并將其與H2O-Br2蝕刻劑溶液中砷化鎵的重現(xiàn)實驗進(jìn)行了比較，因為這些模型實驗肯定與實際的濕式化學(xué)處理并不相同，模型實驗的結(jié)果可用于解釋再現(xiàn)實驗收集的數(shù)據(jù)。因此兩種實驗方法的結(jié)合可以更詳細(xì)地了解半導(dǎo)體的表面蝕刻。在本文中，我們將首先結(jié)合這兩種實驗方法研究溴-h2O溶液中砷化鎵蝕刻的結(jié)果。
實驗是在一個自制的電化學(xué)室中進(jìn)行的，由標(biāo)準(zhǔn)玻璃元素在惰性、干燥、無碳n2氣氛下建造，該玻璃腔室被直接連接到一個集成的超高真空(UHV)系統(tǒng)上，該裝置的示意圖如圖所示1，XPS測量使用了PHI5700多技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)附加到一個分配室，安裝在配電室上的還包括LEED系統(tǒng)，我們將在這里介紹用該設(shè)備進(jìn)行的第一次重現(xiàn)實驗。
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圖?1
在水吸附過程中Ga(a)和As(b)的三維核水平如圖所示2，在120eV的電子束激發(fā)和在室溫下解吸后，得到了最上面的光譜，測量數(shù)據(jù)以點表示，底部的光譜是從一個新切割的，干凈的表面獲得的如圖所示，兩個三維核心水平的發(fā)射可以分為兩個分量，分別分配給來自體原子和來自表面原子的發(fā)射。對于所有的BE差異，以各物種排放的最大值作為參考點。
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圖?2
隨著溴沉積量的增加，AsBr3和GaBr3組分的排放量越來越強(qiáng)，它們的強(qiáng)度隨著溴吸附在表面的數(shù)量的增加而增加，這表明與砷化鎵底物的反應(yīng)在一定的覆蓋范圍內(nèi)沒有飽和，
隨著對水的額外吸附，形成了一種新的組分，它與Ga和As、氧化鎵(DBE=1.6eV)和三氧化二砷(DBE=2.8eV)的天然氧化物具有相同的結(jié)合能差，識別這個組件是很困難的。這個數(shù)量級的結(jié)合能僅在氧化的塊體材料中發(fā)現(xiàn)，而氧吸附實驗顯示了較低的位移組分，在共吸附實驗中，似乎形成了類似球狀的氧化鎵-Ga(OH)3和三氧化二砷-As(OH)3混合物，而在o2吸附實驗中，僅僅插入到砷化鎵鍵中。隨著沉積水量的增加，氧化物的排放就越強(qiáng)，同時溴化物的排放也就越弱。
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圖?4
當(dāng)溴被吸附在表面的Br上時(圖4)顯示了兩個組分，它們可以被分配到Br的兩種不同的氧化態(tài)，通過將水共吸附到預(yù)吸附的溴上，Br發(fā)射的BE提高了約0.5eV，這是由于共吸附的水將吸附的Br種進(jìn)行了溶劑化。溫度由于在吸附實驗中，可以控制所呈現(xiàn)的水量，因此可以逐步觀察到吸附過程，從這些實驗中，知道水分子最初解離，并以與Ga結(jié)合的OH基團(tuán)和與As結(jié)合的h基團(tuán)存在，通過吸附大量的水，可以在表面發(fā)現(xiàn)分子吸附的水分子（冰層），在退火過程中，最初形成的物種砷化氫傾向于用過量的水來水解，這導(dǎo)致了實驗中觀察到的As氧化物的形成。在模型和重現(xiàn)實驗中，不同化學(xué)位移線的相對強(qiáng)度的微小差異，顯然不是由于反應(yīng)機(jī)理的不同，而是由于同一表面反應(yīng)的偏離過程
此外，在所進(jìn)行的兩個實驗中，反應(yīng)物種的相對濃度(h2o/GaAs)和隨后的表面溶解/蒸發(fā)損失并沒有可比性。通過在蝕刻溶液或吸附質(zhì)混合物中加入溴，表面被氧化得更強(qiáng)烈，此外在光譜中可見更高的氧化態(tài)，同樣從光譜推導(dǎo)出的表面成分在模型和重現(xiàn)實驗中相似，最終得到的主要表面成分具有可比性，
對于單獨與水的反應(yīng)，實驗獲得的表面組成受到不同表面濃度和表面物種的溶解/蒸發(fā)速率的影響。此外，還必須考慮到復(fù)雜反應(yīng)速率及其對溫度的依賴性的影響。例如，As優(yōu)先丟失，從表面消失，并形成了富含ga2o3的表面氧化物，在重現(xiàn)實驗中，我們沒有在表面檢測到基本的As，而在模型實驗中，在室溫退火時，As（和額外的氧化鎵）是由于砷化鎵和三氧化二砷的反應(yīng)而形成的。
從我們的結(jié)果來看，溴蝕刻過程中的中間反應(yīng)其高活性溴的產(chǎn)生是由于表面原子的氧化 反應(yīng)性插入GaAs結(jié)合和形成 反應(yīng)性GaBrx和AsBrx物種，那么很可能是由Br (Ga)的低結(jié)合能驅(qū)動的，中間形成的溴化物是水解和更穩(wěn)定的鎵氧和砷氧鍵 (氧化物)形成。最終達(dá)到的表面成分取決于隨后產(chǎn)生的有效溶解/蒸發(fā)過程，這在吸附和再生實驗中有所不同。
我們已經(jīng)證明，結(jié)合吸附實驗和液體溶液的重現(xiàn)，可以更詳細(xì)地了解表面反應(yīng)步驟和所涉及的不同過程，模型實驗允許通過改變實驗條件如吸附條件和溫度來逐步研究所涉及的反應(yīng)，重現(xiàn)實驗得到了一個達(dá)到的表面成分有效的實驗蝕刻條件所使用，通過比較結(jié)果，驗證了模型實驗與濕式化學(xué)蝕刻條件下的近似水平。因此，隨著實驗條件的進(jìn)一步變化，半導(dǎo)體濕化學(xué)蝕刻的機(jī)制可以在微觀水平上詳細(xì)闡明。