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Elektrochemischer Ätzstopp: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 22:28 So 21.08.2016
Autor: Paivren

Hallo zusammen,

kann mir jemand die Funktionsweise des elektrochemischen Ätzstopps beim Ätzen von Silicium erklären?
Wenn die eine Silizium-Seite p dotiert und die andere n dotiert ist, führt eine Sperrspannung dazu, dass der Ätzprozess auf der p-dotierten Seite stattfindet, und am pn-Übergang abbricht.

Beschrieben hier unter "Electrochemically controlled pn etch stop":

[]http://www.memslibrary.com/guest-articles/47-silicon-etching/4-etch-stop-techniques-for-etching-of-silicon-in-alkaline-solutions.html/


"Since the p-type silicon is effectively isolated from the positive lead of the power supply it etches chemically."

Ich versteh den Zusammenhang nicht zwischen Stromkreis und Ätzen...


Gruß

Paivren

        
Bezug
Elektrochemischer Ätzstopp: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 03:11 Mo 22.08.2016
Autor: Event_Horizon

Hallo!

Wenn du ein Stück Eisen in eine Kupfersulfat-Lösung wirfst, wird sich etwas Eisen auflösen (und dafür Kupfer niederschlagen). Das hat mit der elektrochemischen Spannungsreihe zu tun. Wenn du zusätzlich ein Stück Platin dazu gibst und eine Spannung mit korrekter Höhe und Polung zwischen Platin und Eisen anlegst, dann wird sich das Eisen nicht auflösen, da die angelegte Spannung der elektrochemischen Spannungsdifferenz entgegen wirkt. Das mit dem Platin hat den Sinn, daß man die Spannung recht hoch wählen kann, ohne, daß das Platin sich auflöst. Theoretisch ginge auch etwas weniger edles, man muß dann aber mit der Spannung aufpassen.

In deinem Ätzbad ist es ganz ähnlich:

Die n-Seite hat eine positive Spannung gegenüber der Lösung, die so hoch ist, daß die Lösung sie nicht angreift.

Und weil der PN-Übergang in Sperrrichtung betrieben wird, können keine (oder nur wenige) Elektronen von der p-Seite in die N-Seite, während die gut leitende Lösung problemlos weitere Elektronen in die p-Seite bringen kann. Daher gibt es keine Spannungsdifferenz zwischen Lösung und p-Seite, die p-Seite wird aufgelöst.

Und auch hier: Ätzlösungen für Silizium sind ziemlich heftig (Flußsäure?), so daß man schon was ziemlich edles als Kathode braucht, damit es nicht aufgelöst wird. Vermutlich gibt es kaum was unedleres als Platin, das noch funktioniert.

Bezug
                
Bezug
Elektrochemischer Ätzstopp: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 13:25 Mo 22.08.2016
Autor: Paivren

Hallo Event_Horizon,

danke für die Antwort!

Von der "elektrochemischen Spannungsreihe" habe ich noch nie etwas gehört, geschweige denn davon, wie sich Spannungen durch chemische Reaktionen bilden.

Kann man etwas vereinfacht sagen, dass freie Elektronen für die Ätzreaktionen benötigt werden, und die Sperrspannung die Elektronen vom PN-Übergang abzieht? Dann sorgt die leitende Verbindung zwischen Kathode und p-Material nur für Elektronen im p-dotierten Bereich.

Gruß

Bezug
                        
Bezug
Elektrochemischer Ätzstopp: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 15:28 Mo 22.08.2016
Autor: Event_Horizon

Hallo!


> Von der "elektrochemischen Spannungsreihe" habe ich noch
> nie etwas gehört, geschweige denn davon, wie sich
> Spannungen durch chemische Reaktionen bilden.

Oha, das ist aber eine Wissenslücke, die man als angehender Physiker schließen sollte. (ja, ist Chemie, aber als Physiker sollte man da auch ein paar Grundkenntnisse haben)

Ganz kurz umrissen:

An der Oberfläche von einem Stück Zink in einer Zinksalzlösung findet stets eine Gleichgewichtsreaktion statt:

$Zn [mm] \leftrightarrow Zn^{+2} +2e^-$ Die Ionen gegen in die Lösung, die Elektronen bleiben im Metall zurück. Und die Elektronen haben natürlich eine anziehende Wirkung auf die Ionen, und reagieren mit denen wieder zu Zink Das Gleichgewicht ist dann erreicht, wenn sich eine bestimmte Zahl Elektronen im Metall gesammelt haben, bzw. wenn sich so zwischen Flüssigkeit und Metall eine gewisse Spannung gebildet hat. Entfernst du Elektronen, werden weitere Atome in Lösung gehen. Pumpst du Elektronen rein, werden Ionen aus der Lösung mit denen zu Zink reagieren. Mit Kupfer in einer Kupfersalzlösung passiert exakt das gleiche, aber die Spannung ist niedriger. Sind die beiden Lösungen leitend miteinander verbunden und dadurch auf gleichen Potenzial, kannst du die Differenz der beiden Spannungen an den beiden Metallen messen. Und verbindest du beide Metalle, werden Elektronen vom Zink zum Kupfer fließen. Und das System versucht, die Gleichgewichtsbedingungen wieder herzustellen: Beim Zink gehen immer mehr Atome in Lösung, am Kupfer lagert sich immer mehr Kupfer ab. Das ganze nennt sich Daniell-Element, und ist eine Batterie. Du kannst natürlich von außen Spannung anlegen, und die Elektronen zurück pumpen. Dann löst sich das Kupfer auf, und die Zink-Ionen scheiden sich am Zink ab. Und genau das ist hier der Punkt: Durch Anlegen einer externen Spannung kannst du die Reaktionen stoppen, und sogar umkehren. Die Reaktionen in einem Ätzbad sind komplizierter, aber als Modell taugt das ganz gut. Es geht alleine darum, daß eine genügend hohe Spannung zwischen Lösung und Metall (bzw. Halbleiter) die Reaktion stoppt > Kann man etwas vereinfacht sagen, dass freie Elektronen > für die Ätzreaktionen benötigt werden, und die > Sperrspannung die Elektronen vom PN-Übergang abzieht? Dann > sorgt die leitende Verbindung zwischen Kathode und > p-Material nur für Elektronen im p-dotierten Bereich. Ich denke, als grobe Beschreibung kann man das so stehen lassen. Die tatsächliche Chemie des Ätzprozesses ist schon was komplizierter, aber naja ok. [/mm]

Bezug
                                
Bezug
Elektrochemischer Ätzstopp: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 21:29 Mo 22.08.2016
Autor: Paivren

Vielen Dank für die kleine Nachhilfestunde :)
Habe es verstanden!

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