THE CHEMICAL ETCHING OF CdTe, ZnxCd1-xTe and CdxHg1-xTe SINGLE CRYSTALS WITH HNO3 – KI – DIMETHYLFORMAMIDE SOLUTIONS
DOI:
https://doi.org/10.35433/naturaljournal.3.2023.155-166Keywords:
chemical dissolution, cadmium telluride, single crystals, dissolution rate, etching, chemical-dynamic polishing, chemical-mechanical polishingAbstract
The chemical dissolution of CdTe single crystals, ZnxCd1-xTe and CdxHg1-xTe solid solutions in HNO3 – KI – dimethylformamide solutions has been investigated under reproducible hydrodynamic conditions for the first time. It is shown that the etching compositions of this system are cheaper, create a less aggressive environment, are more stable over time and are more ecologically safe. The diagrams «solution composition versus dissolution rate» has been plotted and the concentration limits of polishing etchant have been determined. Chemical-dynamic polishing with the investigated solutions can be carried out with a volume content of HNO3 9-15 %, while the polishing speed the surface of CdTe single crystals, ZnxCd1-xTe and CdxHg1-xTe solid solutions is within 1.6-2.5 μm/min. The dependence of the ions concentration that passed into the solution after the interaction of solid solutions ZnxCd1-xTe with the investigated etchants, versus the content of the oxidant in the etchant has been determined, and it was shown that the content of ions in the solution corresponds to the molar ratio in the semiconductor and indicates uniform dissolution of the surface. Based on the results of kinetic study, the apparent activation energy of the polishing was calculated for a solution of the composition (in vol. %): 12 НNO3 + 88 KI (DMF), which does not exceed 15.1 kJ/mol for СdTe and 7.7 kJ/mol for solid solutions on its basis, which indicates the limitation of the process by diffusion stages. The effect of the lactic acid and the nature of the semiconductors on the kinetics of chemical-mechanical polishing of the studied single crystals were determined. When the polishing solution is diluted with organic acid to 40 vol. %, the speed of chemical and mechanical polishing decreases from 3.5 to 0.5 μm/min. The compositions of etching mixtures and modes of implementation of chemical-dynamic polishing, which is recommended to be carried out in a suitable installation at the temperature 293 K and the disk rotation speed 82 min-1, and chemical-mechanical polishing of the mention above semiconductor single crystals with the addition of lactic acid and polishing rates of 3.5-0.5 μm/min.
References
Гвоздієвський Є Є., Денисюк Р. О, Томашик В. М., Томашик З. Ф., Гриців В. І. Хімічне полірування СdTe та твердих розчинів ZnxCd1-xTe і Cd1-xHgxTe водними розчинами HNO3 – НІ – тартратна кислота. Науковий вісник Чернівецького університету. 2013. Вип. 658.: Хімія. C. 136–140.
Гвоздієвський Є. Є., Денисюк Р. О., Томашик В. М., Томашик З. Ф. Хімічна обробка CdTe та твердих розчинів ZnxCd1-xTe і Cd0,2Hg0,8Te водними розчинами HNO3 – НІ – лактатна кислота. Фізика і хімія твердого тіла. 2016. Т. 17. № 2. С. 247–250. https://doi.org/10.15330/pcss.17.2.247-250
Гвоздієвський Є. Є., Денисюк Р. О., Томашик В. М., Томашик З. Ф. Травлення монокристалів CdTe, ZnxCd1-xTe і CdxHg1-xTe водними розчинами HNO3 – НІ – гліцерин. Фізика і хімія твердого тіла. 2017. Т. 18. № 1. С. 117–121. https://doi.org/10.15330/pcss.18.1.117-121
Денисюк Р. О., Томашик В. М., Томашик З. Ф., Гриців В. І. Хімічна взаємодія Cd1-xMnxTe з травильними композиціями Н2О2 – НІ – лактатна кислота. Фізика і хімія твердого тіла. 2012. Т. 13. № 2. С. 410–414.
Денисюк Р. О. Хіміко-механічне полірування Cd1-xMnxTe розчинами на основі Н2О2 – HI – цитратна кислота. Фізика і хімія твердого тіла. 2014. Т. 15. № 1. С. 214–218.
Денисюк Р. О., Томашик В. М., Гвоздієвський Є. Є. Взаємодія монокристалів твердих розчинів ZnxCd1-xTe та Cd0,2Hg0,8Te з травильними композиціями І2 – НІ. Вопросы химии и химической технологии. 2016. Т. 2. № 106. С. 51–55.
Чайка М. В., Денисюк Р. О., Томашик З. Ф., Томашик В. М. Хімічна взаємодія CdTe, ZnxCd1-xTe та CdxHg1-xTe з водними розчинами К2Cr2O7 – HBr (HCl). Вопросы химии и химической технологии. 2018. № 1. С. 51–56.
Чайка М. В., Томашик З. Ф., Маланич Г. П., Томашик В. М., Панасюк Д. Ю., Камінський О. М. Фізико-хімічна взаємодія монокристалів CdTe та ZnxCd1-xTe з водними розчинами К2Cr2O7 – HBr – оксалатна кислота. Вопросы химии и химической технологии. 2020. № 4. С. 187–193. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-131-4-187-193
Чайка М. В., Томашик З. Ф., Томашик В. М., Маланич Г. П., Денисюк Р. О. Хімічне травлення монокристалів CdTe, ZnxCd1-xTe та CdxHg1-xTe водними розчинами К2Cr2O7 – HBr – ацетатна кислота. Науковий вісник Чернівецького університету. 2018. Вип. 805: Хімія. С.46–52.
Чайка М. В., Томашик З. Ф., Томашик В. М., Маланич Г. П., Корчовий А. А. Особливості хімічного розчинення монокристалів CdTe, ZnxCd1−xTe та CdxHg1−xTe у водних розчинах К2Cr2O7 – HBr – C4H6O6. Вопросы химии и химической технологии. 2018. № 6. С. 99–106. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2018-121-6-99-106
Chayka M. V., Tomashyk Z. F., Tomashyk V. M., Malanych G. P., Korchovyi A. A. Optimization of bromine-emerging etching compositions K2Cr2O7 – HBr – ethylene glycol for forming a polished surface of CdTe, ZnxCd1-xTe and CdxHg1-xTe. Functional Materials. 2019. V. 26. № 1. P. 189–196. https://doi.org/10.15407/fm26.01.189
Chayka M. V., Tomashyk Z. F., Tomashyk V. M., Malanych G. P., Korchovyi A. A. Chemical-mechanical polishing of CdTe, ZnxCd1-xTe and CdxHg1-xTe single crystal surfaces by K2Cr2O7 – HBr – solvent etchants. Functional Materials. 2019. V. 26. № 2. P. 412–418. https://doi.org/10.15407/fm26.02.412
Chayka M. V., Tomashyk Z. F., Tomashyk V. M., Malanych G. P., Korchovyi A. A. Peculiarities of nanosized relief formation on the CdxHg1-xTe single crystals surface using K2Cr2O7 – HBr – solvent etchants. Functional Materials. 2022. V. 29. № 2. P. 305–313. https://doi.org/10.15407/fm29.02.305
Chayka M., Tomashyk Z., Tomashyk V., Malanych G., Korchovyi A. Formation of nanosized relief on the CdTe single crystals surface by bromine-emerging etchants. Applied Nanoscience. 2022. V. 12. № 3. P. 603–609. https://doi.org/10.1007/s13204-021-01716-8
Crocco J., Zheng Q., Bensalah H., Dieguez E Detector surface preparation of Cd0.9Zn0.1Te for electrode patterning. Applied Surface Science. 2012. V. 258. P. 2948–2952. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.11.014
Denysyuk R. O. Chemical treatment of Cd1-xMnxTe single crystals with Н2О2 – HI – citric acid aqueous solutions. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2014. V. 17. № 1. P. 21–24.
Denysyuk R. O., Tomashik V. M., Tomashik Z. F., Chernyuk O. S., Grytsiv V. I. Chemical treatment of monocrystalline cadmium telluride and Cd1-xMnxTe solid solutions by Н2О2 – HI – citratic acid etchant compositions. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2009. V. 12. № 2. P. 125–128.
Hvozdiyevskyi Ye. Ye. Denysyuk R. O., Tomashyk V. M., Malanych G. P., Tomashyk Z. F. Interaction of HNO3 – HI – citric acid aqueous solutions with CdTe, Zn0.04Cd0.96Te, Zn0.1Cd0.9Te and Cd0.2Hg0.8Te semiconductors. Functional Materials. 2018. V. 25. № 3. P. 471–476. https://doi.org/10.15407/fm25.03.471
Nelson A. J., Conway A. M., Reinhardt C. E., Ferreira J. L., Nikolic R. J., Payne S. A. X-ray photoemission analysis of passivated Cd(1–x)ZnxTe surfaces for improved radiation detectors. Materials Letters. 2009. V. 63. P. 180–181. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.09.051
