Тонкие пластинки (1—30 мкм) и мембраны (0 1—20 мм) в виде самоподдерживающихся окон широко используют в современных полупроводниковых приборах (диафрагмы датчиков давления, мишени кремниконов, фотоэмиттеры и т. п.).
Весьма тонкие пленки (0,2—1 мкм) — маленькие лунки с тонким дном, полученные методом струйного травления, — применяют при проведении электронно-микроскопических и других исследований дефектов в монокристаллах и эпитаксиальных пленках.
Одним из методов получения пластинок и самоподдерживающихся окон является утончение монокристаллических пластин 3г или соединений АШВУ химическим травлением с использованием полирующего травителя. Для равномерного травления предложены различные устройства и кассеты [124, 125]. При использовании этого способа особое внимание следует обратить на качество полировки исходных пластин, так как наличие царапин и дефектов приводит к появлению сквозных отверстий в мембране. Разброс толщин исходной пластины не должен превышать 1—2 мкм.
Толщину получаемых окон можно контролировать в процессе травления. Для этого в устройстве для травления делают прозрачное дно, под которым помещают источник света. При утончении пластины кремния примерно до 15 мкм появляется красный цвет проходящих лучей. При дальнейшем травлении красный цвет постепенно сменяется оранжевым (при толщине окна около 9 мкм) и желтым — при толщине менее 5 мкм. Для Ое и ОаАз темно-красный цвет появляется при толщине окна около 1 мкм, оранжевый — около 0,2 мкм. Цвет можно наблюдать визуально или использовать фотоприемник и оптические фильтры.
Толщину окна можно контролировать также с помощью меток. Метками служат У-образные лунки, которые вытравливают в пластинах с помощью анизотропных травителей. Глубина лунки, которая определяет конечную толщину мембраны, задается размером окна, вскрытого в маскирующем покрытии. Травление проводят с противоположной стороны пластины до вскрытия вершины метки.
Более перспективными являются методы получения тонких пластинок и самоподдерживающихся окон, основанные на избирательном химическом или электрохимическом травлении гомо- или гетеро-эпитаксиальных структур. В обоих случаях требуемая толщина мембраны задается толщиной эннтаксиальной пленки. Подложка удаляется травлением.
Для удаления подложки в гомоэпнтаксиальных структурах используют избирательные травнтели, скорость травления в которых зависит от концентрации носителей тока в полупроводнике. Например, скорость травления р-51 в анизотропных травителях зависит от уровня легирования бором и резко уменьшается при концентрации бора выше 5-1019 см-3. Эту зависимость используют для получения тонких пластин кремния п- или р-типа. Для этого на подложке 51 диффузией или эпитаксией получают р+-слой, легированный бором до концентрации выше 5-1019 см-3. На нем выращивают эпитаксиальную пленку необходимой толщины и заданного типа проводимости и удельного сопротивления. Подложку стравливают, например, в гидразин-гидрате. Процесс травления прекращается при достижении р+-слоя.
Можно проводить отделение пленки от подложки в гомо-структурах, используя метод избирательного электрохимического травления, который основан на зависимости скорости анодного растворения полупроводников от типа проводимости и уровня легирования. Избирательным электрохимическим растворением при контролируемом потенциале можно удалять подложку п++ или р-типа, оставляя тонкую га-пленку. Для анодного растворения 51 обычно используют 5%ный раствор НР или смесь НР—Н2504—Н20, для ОаАз растворы: ЫаОН 3 моль/л, Н3Р04 2,5 моль/л или смесь хлорной н уксусной кислот. При избирательном электрохимическом травлении высокие требования предъявляют к равномерности легирования «-пленки.
Получение тонких мембран избирательным травлением гетероструктур основано на разной химической активности материала эпитаксиальной пленки и материала подложки. Для удаления подложки подбирают такой травитель, в котором эпитаксиальная пленка практически не травится или же скорость травления пленки хотя бы на порядок меньше скорости травления подложки. Можно использовать многослойную гетероэпитаксиальную структуру, где первая (от подложки) эпитаксиальная пленка играет роль «барьера» при травлении и при необходимости ее стравливают после удаления подложки, а вторая пленка служит для получения мембраны. Так, для получения тонких (^2 мкм) само-поддерживающихся окон ОаАз используют трехслойную структуру: на подложке я-ОаАз выращивают пленку ОадАЦАз, а на ней пленку р-ОаАз. Подложку ОаАз растворяют в травителе ЫНдОН :Н202=1 :20 либо вначале в этом травителе, а затем, после утончения подложки до 50 мкм в растворе Н202 в разбавленном аммиаке при рН^8 (Н202: ЫН4ОН : Н20=20 : 1 :40 или 20: 1 : 100). Слой твердого раствора СаАА3 в зависимости от состава (значения дг) удаляют либо в концентрированных кислотах НС1 или НР (х^0,42), либо в травителе Н25 04: Н202: Н20= = 18: 1 : 1 (дг^0,4) при 293 К со скоростью 0,2 мкм/мин [58, 127]. Для растворения слоя Оа^хАКгАз любого состава можно использовать травитель Н3РО4: Н202 : СзН7ОП = 2 : 1 :4 (скорость травления 1 мкм/мин при 293 К).
Для отделения подложки 1пР в гетеро-структурах, используют концентрированную НС1 или раствор Н3РО4: НС1= 1 : 1 [128]. В [129] дана характеристика травителей, которые могут быть использованы для препарирования (разделения) гетеро-структур на основе соединений АШВУ и их твердых растворов.
Иногда топкие мембраны получают, удаляя не подложку, а промежуточную эпитаксиальную пленку. При изготовлении тонкопленочных солнечных элементов на подложке ОаА3 выращивают пленку твердого раствора Оао,3А1о,7Аз, а на ней пленку ОаА3. Диффузией цинка в пленке ОаА3 создают р—«-переход. Полученную структуру травят в плавиковой кислоте. При этом пленка твердого раствора травится и структура ОаА3 с р—г-переходом отделяется от подложки. На одной подложке можно последовательно формировать несколько структур и затем разделять их за один цикл травления.