一种用于蚀刻的现象学结构区域模型

在本文中，结合了现有的经验和观察到的多晶氧化锌腐蚀模型，该模型可以定性地描述溅射条件、材料特性和蚀刻条件的影响。几项研究调查了溅射参数和蚀刻行为之间的关系，并提出了一种用于蚀刻的现象学结构区域模型，该模型将溅射压力和衬底温度与膜结构和最终蚀刻相关联特点，高度致密的ZnO膜在蚀刻时形成具有中或低凹坑密度和低蚀刻速率的表面，而低致密性导致小蚀刻结构和高蚀刻速率，该模型已经扩展到包括溅射气氛中的氧含量和靶中的铝掺杂浓度的影响。

通过TEM研究，能够揭示晶界是弹坑成核的来源。对于给定的ZnO材料，可通过不同的蚀刻方法获得各种蚀刻形态，所有这些工艺的根本区别在于侵蚀点的密度:对于无水蚀刻，HCl在有机溶剂中不分解，只有少数晶界被蚀刻剂侵蚀，而在电解质溶液中电化学蚀刻ZnO选择性地去除所有晶界。

蚀刻剂溶液和条件限定了蚀刻阈值，蚀刻电位高于阈值的晶界被更积极地蚀刻，该阈值取决于所涉及的蚀刻剂复合体的大小和浓度(见图1b)，垂直和水平蚀刻速率是不同的，它们由ZnO材料和蚀刻剂决定，垂直蚀刻速率沿着特殊的晶界进行，并且受到晶界的性质以及蚀刻剂的流动性和尺寸的限制，水平蚀刻速率受到蚀刻剂浓度和晶体结构的限制，如果垂直蚀刻速率是极限蚀刻速率(图1c，左侧)，则特征凹坑开口角形成为由(101)平面限定；另一方面，如果水平蚀刻速率是限制因素，而垂直蚀刻速率由于晶界的高蚀刻电位和蚀刻剂的低阈值的结合而较快，则观察到较陡的开口角(图1c，右侧)。

通过应用该模型和利用可控的单步和多步蚀刻工艺，可以产生各种新的表面结构，基于实验发现，提出了一个三公设腐蚀模型，它允许我们通过结合物理和化学方面来定性地描述ZnO薄膜的腐蚀行为，ZnO膜的沉积条件决定了至少主要由被不同蚀刻电位的晶界包围的Zn封端的晶粒模拟的材料性质，这种势与相邻晶粒间的无序程度有关，然后蚀刻剂通过其有效尺寸和迁移率来定义阈值，如果晶界的腐蚀电位超过这个阈值，就会发生沿晶界的垂直腐蚀并形成凹坑，横向蚀刻与ZnO的纤锌矿结构有关，并且其与垂直蚀刻速率的关系限定了凹坑的形状。

　　审核编辑：汤梓红