Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 6 · SOLID STATE ELECTRONICS

Transformation of the surface layers of GaAs under the influence of electromagnetic radiation of millimeter range

T.A. Bryantseva1, D.V. Lioubtchenko2,3, I.A. Markov1, I.A. Ten1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
2 Институт физики высоких давлений Польской академии наук, Polsha, Poland
3 Institute for High Pressure Physics of Poland Academy of Sciences, Poland, Poland
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.9 UDC 621.382 EDN NEPHFD

Abstract

The transformations of GaAs surface under influence of radiation of millimeter-wave electromagnetic waves with weak power were investigated. This investigation bases on varies of Ga and As masses at the near-surface layers of GaAs, depended on the power and duration of irradiation. The determination of elements Ga and As at GaAs surface under irradiation was fixed by fine chemical analysis using the method of photometric analyzes. The investigation samples were epitaxial structure of GaAs (n+-n-n++). It includes the surface etching in a concentrated HCl solution. That permits to only “free” Ga and As atoms are removed in the solution HCl without affecting the main crystal (selective etching method). “Free” Ga and As - the atoms, which are not related to the crystal lattice of GaAs, or enters into a chemical bond with O, or OH-. This method makes be possible to determining the quantitative of “free” Ga and As atoms in the surface layer of GaAs, both before and after irradiation, with an accuracy of up to 5%. The value of activation energy of mass (Ga and As) changing points at the nature of the surface transforming. It is shown, that during irradiation of the GaAs surface relaxation processes are observed. The interior energy in the surface layers and the surface electrical potential connects with the elastic or plastic deformation. At this, the deformation is accompanied by charged particles migration, including ions Ga+and As-. They migration is due to drift or diffusion way. As occurred, the effect of relaxation is caused either by electrolytic phenomena or by of structural polarization effects. The motion of neutral atoms with the participation of charged particles obeys the redistribution of internal electromechanical stresses, in particular, due to the distortion of the As and Ga sublattices of GaAs, the ionization of atomic cores, and/or the excitation of a surface deformation wave. As a result, EM wave irradiation leads to change in the degree of dispersion, the effects of forming, coagulation and sticking of droplets (Ga + As) beside of GaAs precipitates and their redistribution over the surface.

  • поверхность
  • СВЧ облучение
  • арсенид галлия
  • фотометрический анализ
  • акустические колебания
  • физико-химические превращения
  • полупроводниковые структуры
  • surface
  • microwave irradiation
  • gallium arsenide
  • photometric analysis
  • acoustic vibrations
  • physico-chemical transformations
  • semiconductor structures
Аннотация (на русском)

Трансформация приповерхностных слоев GaAs под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона

Исследованы процессы преобразования приповерхностных слоев GaAs под воздействием излучения электромагнитных волн миллиметрового диапазона. Обнаружено, что в результате воздействия электромагнитных волн слабой мощности изменяется количественное соотношение между Ga и As на поверхности GaAs. Из характера изменения содержания Ga и As в зависимости от мощности и длительности облучения и величин энергий активации массопереноса Ga и As делается заключение о природе реакций трансформации. Показано, что физико-химические превращения в приповерхностных слоях могут происходить за счет эффектов деформации с участием диффузии атомов и/или дислокационной ползучести помимо явлений релаксации, обусловленной электролитическими эффектами или структурной поляризации. Изменения реологических свойств поверхности при этом приводят к возникновению собственных электромагнитных или акустических колебаний в приповерхностных слоях.

For citation

Bryantseva T.A., Lioubtchenko D.V., Markov I.A., Ten I.A. Transformation of the surface layers of GaAs under the influence of electromagnetic radiation of millimeter range // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.6.9

References

  1. Арсенид галлия в микроэлектронике / под ред. Айнспрука Н., Уиссмена У. М.: Мир, 1988. 555 с.
  2. Гладков С.О. Физика композитов. Термодинамические и диссипативные свойства. М.: Наука, 1999. 329 с.
  3. Lioubtchenko D.V., Räisänen A.V., Briantseva T.A., Lebedeva Z.M., Markov I.A. GaAs Surface Modifications under Millimeter Wave Irradiation // Deffect and Diffusion Forum, 2001. V. 194-199. P. 745-750.
  4. Thompson K., Booske J.H., Gianchandani Y., Cooper R., Bykov Yu., Eremeev A., Plotnikov I. Electromagnetic induction heating for cold wall rapid thermal processing. Proc. 9th Int. Conf. Advanced Thermal Processing of Semiconductors. 2001, IEEE, P. 190-196.
  5. Briantseva T.A., Lebedeva Z.M., Markov I.A., Bullough T.J., Lioubtchenko D.V. Processes-induced modification to the surface of crystalline GaAs measured by photometry // Appl. Surf. Sc. 1999. V. 143. P. 223-228.
  6. Фролов Ю.Г. Количественные характеристики когезии и адгезии. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982. 399 с.
  7. Фридкин В.М. Динамика решетки и фазовые переходы. Современная кристаллография / под ред. Вайнштейна Б.К. М.: Наука. 1979-1981. Т. 2. Структура кристаллов. Гл. 4. С. 262.
  8. Шувалова Л.А, Урусовская A.A., Жолудев И.С. и др. Современная кристаллография. / под ред. Вайнштейна Б.К. Т. 4, Физические свойства кристаллов. М.: Наука, 1981. 496 с.
  9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Физматлит, 2002. Т. 1. 792 с.
  10. Колешко В.М., Ковалевский А.А. Поликристаллические пленки в полупроводниковой электронике. Минск: Наука и техника, 1978. 343 с.
  11. Бокштейн Б.С. Диффузионная ползучесть. Диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. 230 с.
  12. Таблицы физических величин. Справочник / под ред. И.К. Кикоина М.: Атомиздат, 1975. 1008 с.
  13. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 791 с.
  14. Яценко С.П. Галлий. Взаимодействие с металлами. М.: Наука, 1974. 220 с.