電気化学的溶解過程における界面の不安定性とフラクタルパターン形成の研究

电化学溶解过程中界面不稳定性和分形图案形成的研究

基本信息

批准号：
06740311
负责人：
早川美徳
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度はまず,再現性があり定量的な電気化学的溶解の実験系を構築するために,本研究用に最適化されたポテンショスタットと電解用セルを製作した.この装置によって,シリコンを沸酸水溶液中で陽極酸化する実験を行ったところ,これまで明確にされなかった多孔質シリコンが得られるパラメータ領域と電解研磨領域との転移が電流-電圧特性などから精密に測定できるようになった.作成された試料について原子間力顕微鏡や電子顕微鏡によってその表面形態を測定・解析した.表面の形態が多孔質状から平滑な面状に転移する点近傍では,界面の形状が自己アフィンフラクタルであることを実験的に明らかにし,そのスケーリング指数を決定した.この時,表面の荒さの指数(ハ-スト指数)は0.85程度であって,従来までの理論やモデルの範囲では説明できないクラスに属することが示された.これらの知見から,シリコンのエッチング過程においては,結晶中の不純物分布などの空間的に固定された秩序が大域的パターンに影響しているものと示唆される.さらに,半導体のエッチング過程の数理モデルを立て,界面の運動を線形安定解析し,実験結果との比較検討を行った.その結果,半導体界面における空乏層領域の存在とマクロスコピックなエッチングパターンの形態が密接に関係していることが示された.半導体の不純物濃度等を変えた系統的な実験により,モデルから予想されるパターンの転移条件が実験結果とよく一致することが明らかとなった.

今年，我们首先制造了针对本研究优化的恒电位仪和电解池，以构建可重复且定量的电化学溶解的实验系统。当我们在酸性水溶液中进行阳极氧化实验时，我们发现参数区域之间的转变。迄今为止尚未阐明的多孔硅和电解抛光区域的原因是电流-电压转变。精确测量样品的特性已成为可能。使用原子力显微镜和电子显微镜对制备的样品的表面形貌进行测量和分析。表面形貌从多孔表面转变为光滑表面的点附近，我们通过实验阐明了界面的形状是自仿射分形，并确定了其标度指数。 -斯多葛指数）约为0.85，表明它属于常规理论和模型无法解释的一类。从这些发现可以清楚地看出，在硅蚀刻过程中，考虑晶体中的杂质分布非常重要这表明空间固定顺序影响全局模式。此外，我们开发了半导体蚀刻过程的数学模型和。我们对表面运动进行了线性稳定性分析，并与实验结果进行了比较。通过系统的实验，结果表明，半导体界面处耗尽层区域的存在与宏观刻蚀图案的形貌密切相关。当半导体的杂质浓度发生变化时，模型预测的图案转变条件与实验结果吻合良好。