BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA “ESTUDIO DE UNA SOLUCIÓN DECAPANTE PARA ARSENIURO DE GALIO (GaAs) EN SUS DIFERENTES DIRECCIONES CRISTALOGRÁFICAS” TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL GRADO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA QUÍMICA PRESENTA: Josè Alberto Alvarado Garcìa ASESORES: DR. Enrique Rosendo Andrés M.C. Reina Galeazzi Isasmendi Dr. Tomas Díaz Becerril DICIEMBRE 2008 ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN………………………………………………………… ….1 CAPÍTULO ANTECEDENTES……………………………………….3 1.1 EPITAXIA (LPE)………………….6 EN FASE LIQUIDA 1.2 EPITAXIA POR MOLECULARES……………7 1.3 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA……………………………8 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO……………………………………...13 2.1 SOLUCIONES DECAPANTES………………………...13 2.2 DECAPADO SECO……………………………………...15 2.3 DECAPADO HÚMEDO…………………………………16 CAPÍTULO 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL……………………22 3.1 LIMPIEZA DE SUBSTRATOS…………………………22 3.2 PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DECAPANTE…24 3.3 REACCIÓN PARA EL GaAs…………………………...25 1 HACES CAPÍTULO RESULTADOS…………………………………………..28 4.1 VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE HF……28 4.2 VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE H2O2….35 4 CONCLUSIONES………………………………………………….……… .42 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………… ..44 ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Figura 1.1 Estructura cristalina del GaAs donde se observa la posición de los átomos de Ga y As.……………………………………………………………………………………3 Figura 1.2 Diagrama de bandas donde se observa el mínimo de la banda de conducción y el máximo de la banda de valencia ……………………………………….5 Tabla 1 Resumen de GaAs…………………………………………5 las Figura 1.3 Sistema de Liquida……………...………………….……...6 propiedades Epitaxia Figura 1.4 Esquema generalizado MBE…………………………………8 del del en Fase sistema de Figura 2.1 Defectos que se pueden encontrar después de atacar el sustrato……….14 Figura 2.2 Diagrama de flujo para el proceso de decapado (seco) ………………….16 Figura 2.3 Mecanismo húmedo.………………17 Figura 2.4 de a)Grabado reacción del proceso anisotrópico, de b) decapado Grabado isotrópico..….....................................19 Figura 2.5 a) Grabado Anisotrópico.....................................21 Isotrópico, b,c) Grabado Figura 3.1 Sustrato de 5 x 7mm definido con franjas de fotoresist……………………………………………………….………………………… … ..23 Figura. 3.2.- Vista del escalón en el sustrato por medio de un microscopio metalográfico…………………………………………………………………………… ……23 Esquema.3.3 Sistema utilizado para el ataque realizado con variación de la temperatura……………………………………………………………………………… …...24 Tabla 3.1 Relación de concentraciones en variación de HF y H2O2 …….....................24 Tabla 3.2 Magnificaciones que se alcanzan con el microscopio Carl Zeiss ……….....27 Figura 3.4 Objetivos con los cuales se puede obtener las 5 amplificaciones. .……… 27 Figura 4.1. Razón de ataque del GaAs con la solución de HF: H 2O2: acido cítrico: H2O, en función de la concentración de HF para tres diferentes temperaturas. …......29 Figura 4.2. Imagen transversal del GaAs (100) después del ataque químico. …..…..30 Figura 4.3 Razón de ataque del sustrato de GaAs (111) como una función de la concentración del HF en tres diferentes temperaturas …………………………………...31 Figura 4.4 Imagen del sustrato de GaAs (111) después del ataque químico. ……....32 Figura4.5. Razón de ataque del GaAs (114) como una función de la concentración de HF, para tres diferentes temperaturas ………………...………………………………….33 Figura 4.6 Vista transversal del GaAs (114) después del ataque químico ………….34 Figura 4.7 Comparación de la razón de ataque del GaAs (100), (111) y (114) a 50 °C ..........................................................................................................................… …...35 Figura 4.8 muestra la dependencia de la razón de ataque en función de la concentración de H2O2 ……..…………………………………………………………….36 Figura 4.9 Razón de ataque del sustrato de GaAs (111) como una función de la concentración del H2O2 en tres diferentes temperaturas …...…………………………37 Figura 4.10. Razón de ataque del GaAs (114) como una función de la concentración de H2O2, para tres diferentes temperaturas .……………………………………………38 Figura 4.11 Comparación de la razón de ataque del GaAs (100), (111) y (114) a 50 °C………………………………………………………………………………………… ….39 Figura 4.12 variación de la razón de ataque con la temperatura para los sustratos de GaAs (100), (111) (114) ………………………………………...…………………………41 INTRODUCCIÓN Para poder depositar una película delgada por cualquier técnica epitaxial, es necesario tomar medidas de limpieza y preparación de los sustratos. Esto debido a que los sustratos de GaAs se oxidan fácilmente, provocando que los depósitos posteriores sean de mala calidad. Con la preparación del sustrato se debe garantizar la eliminación de impurezas en la superficie. Actualmente existe en la literatura reportes de diferentes métodos de preparación de sustratos antes del crecimiento, entre los cuales se encuentran: ataque por vapor químico, ataque por haces moleculares, ataque en soluciones químicas, etc. En este trabajo se presenta el estudio de la solución decapante basada en HF: H2O2: ácido cítrico: H2O para la preparación de sustratos de GaAs que nos permite obtener superficies libres de óxido. De tal manera que el trabajo de tesis se ha estructurado de la siguiente forma: En el capitulo uno se presenta las características del GaAs y se menciona algunas de las aplicaciones dentro de la tecnología de semiconductores. En el capítulo dos se presenta la revisión bibliográfica de los ambientes en que se puede llevar a cabo el ataque por diferentes métodos (húmedo y seco), así como también se revisan algunos trabajos que involucran el uso de estas soluciones en la preparación de sustratos de GaAs. En el capítulo tres se presenta el desarrollo de la técnica de ataque químico utilizado en este trabajo. Se explica en forma breve el funcionamiento del microscopio metalográfico con el que se midió la profundidad de ataque y se tomaron las imágenes correspondientes, lo cual permitió calcular la razón de ataque. En el capítulo cuatro se presentan los resultados obtenidos con la solución propuesta. Los resultados se dividen en dos grupos, en el primero se varió la concentración de HF constantes todos los demás desde 0.5 hasta 5 ml y se mantuvieron reactivos, posteriormente se vario la concentración de H2O2 desde 0.5 a 5 ml y se mantuvieron constantes las concentraciones de los demás reactivos, conforme se varió la concentración tanto de HF y de H2O2 . Estos datos obtenidos se analizan y se hace la comparación entre los razones de ataque en las diferentes direcciones cristalográficas. En el capitulo 5 se presentan las conclusiones de los resultados obtenidos.