BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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.