DFT Modeling of Chemical Reactions Occurring Under the Influence of Positive Ionic Complexes of Aqueous HF Solutions During Electrochemical Etching of Silicon

Abstract

На основі квантово-хімічних розрахунків досліджено реакції відновлення водного покриття, які проходять на перших етапах травлення кремнію у розчинах HF під дією позитивних іонних комплексів електроліту. Показало, що у водних розчинах HF реакції відновлення водневого покриття можуть проходити як при протіканні струму через систему кремній/електроліт, так і без нього. Показано, що паралельний перебіг взаємно обернених реакцій видалення поверхневих атомів водню та відновлення водневого покриття пояснює низьку швидкість суто хімічного травлення кремнію у водних розчинах HF. Створена методика достовірної оцінки енергетичних параметрів хімічних реакцій зі змінним зарядовим станом кластера, які відбуваються на поверхні об’ємного кремнію по результатам розрахунків, проведених на кластерах конечних розмірів. Розраховані енергетичні виходи реакції відновлення водневого покриття під впливом іонних комплексів Н3О+ і 3(Н2О)(Н3О)+ при протіканні струму та без інжекції у кремній вільних дірок.

Based on quantum chemical calculations, the restoration of the hydrogen coating occurring during the first stages of silicon etching in HF solutions under the influence of positive ionic complexes of the electrolyte have been studied. It has been shown that in aqueous solutions of HF, restoration of the hydrogen coating can occur both with and without current flowing through the silicon/electrolyte system. It is shown that the parallel occurrence of mutually inverse reactions of removal of surface hydrogen atoms and restoration of the hydrogen coating explains the low rate of purely chemical etching of silicon in aqueous solutions of HF. A method has been created for reliable assessment of the energy parameters of chemical reactions with a variable charge state of a cluster that occur on the surface of bulk silicon based on the results of calculations carried out on clusters of finite sizes. The energy yields of the restoration of the hydrogen coating under the influence of ionic complexes Н3О+ and 3(Н2О)(Н3О)+ are calculated when current flows and without injection of free holes into silicon.