5.2 Порядок виконання роботи

1. Отримати від викладача зразок кремнію і покласти його в посудину для травлення.

2. В витяжній шафі залити зразок кремнію в посудині 10%-ним розчином КOH і поставити на електричну плитку.

3. Вмикнути нагрів плитки, нагріти розчин до температури 60…70 °С, вимкнути плитку і витримувати розчин на плитці протягом 20 хв.

4. Зняти посудину з плитки, обережно злити розчин і рясно промити зразок водою.

5. Просушити зразок фільтровальним папером, візуально проконтролювати результат травлення.

5.3 Контрольні питання

1. Що розуміють під лугами?

2. Написати рівняння реакції нейтралізації луги з кислотою.

3. Написати рівняння реакції взаємодії кремнію з КOH.

4. Що розуміють під хімічним травленням?

5. Хімічні властивості та хімічна активність кремнію.

6. Яку валентність проявляє кремній у сполуках?

7. Для чого в технології мікроелектроніки використовують лужне травлення?

Лабораторна робота №6

Дослідження властивостей кислот та їх використання

в кремнієвих технологіях

Мета роботи – ознайомитися з властивостями кислот та освоїти методику їх використання для хімічного травлення кремнію.

6.1 Короткі теоретичні відомості

До кислот відносять складні речовини - гідроксиди, здатні віддавати катіон водню Н⁺. При дисоціації кислот у водяних розчинах утворюється надлишок іонів гідроксонія H₃O⁺. Присутність цих іонів спричиняє кислий смак розчинів кислот та здатність міняти колір хімічних індикаторів, а при високих концентраціях – агресивну дію кислот.

Рухливі атоми водню кислот здатні заміщатися на атоми металів з утворенням солей, які містять катіони металів і аніони кислотного залишку.

В кремнієвих технологіях використовуються кислоти використовують у складі поліруючого травника – азотну кислоту HNO₃ разом із плавиковою HF і оцтовою кислотою CH₃COOH:

HF : HNO₃ : CH₃COOH : H₂O = 10,2% + 39,5% + 23.2% + 27,1%.

Азотна кислота HNO₃. Чиста азотна кислота - безбарвна рідина з їдким запахом. Її густина 1,52 г/см³, вона кипить при 84 °С, а при -41°С - твердіє.

Звичайно застосовувана на практиці концентрована азотна кислота містить 65…70 % HNO₃ (максимальна густина 1, 4 г/см³); з водою кислота змішується в будь-яких співвідношеннях. Існує азотна кислота, що також димить, з концентрацією 99 - 99%.

Азотна кислота високої концентрації виділяє на повітрі гази, які в закритій пляшці видні як коричневі пари. Ці гази дуже отрутні, так що потрібно остерігатися їхнього вдихання. Зберігають її в прохолодному й темному місці.

Розведену кислоту готують, виливаючи концентровану кислоту у воду. Розведену азотну кислоту зберігають і перевозять у тарі із хромистої сталі, а концентровану - в алюмінієвій тарі. Невеликі кількості зберігають у скляних пляшках. Азотна кислота сильно роз'їдає гуму. Тому пляшки повинні бути із притертими скляними або поліетиленовими пробками.

Азотна кислота окислює багато органічних речовин, руйнує папір і тканини. Концентрована азотна кислота викликає сильні опіки при тривалому контакті й пожовтіння шкіри на кілька  днів  при  короткому  контакті.  Щоб запобігти опіку, необхідно працювати з концентрованою азотною кислотою в гумових рукавичках. У той же час робота з азотною кислотою менш небезпечна, чим, наприклад, із сірчаною, бо вона швидко випаровується й не залишається в несподіваних місцях. Бризи азотної кислоти треба змивати великою кількістю води, а ще краще змочувати розчином соди.

Азотна кислота – одна із самих агресивних, вона діє на більшість металів (за винятком золота,платини,танталаі деяких інших.

Плавикова (фтороводнева) кислота – це водний розчин фтороводня HF. Промисловістю випускається у вигляді 40 % (частіше), а також 50 % і 72 %-розчинів. Властивості плавикової кислоти багато в чому відрізняються від властивостей інших кислот.

Унікальна особливістю плавикової кислоти ‑ здатність розчиняти скло. Тому плавикову кислоту зберігають не в скляному посуді, а в посудинах із пластику. Концентрована плавикова кислота (більше 60% НF) може зберігатися й транспортуватися в сталевих ємностях. Для зберігання плавикової кислоти й роботи з нею в лабораторних умовах найбільш зручні посудини з деяких пластмас.

Плавикова кислота сильно отруйна. Їй привласнений перший клас небезпекидля навколишнього середовища. Можливі гострі й хронічніотруєннязі зміною крові йкроветворних органов, органівтравного тракту, набряк легенів. Збільшує крихкість кісток, що сприяє їхнім переломам. Руйнує зубну емаль. Діє подражнюююче на слизуваті оболонки очей.

При влученні на шкіру в перший момент не викликає сильного болю, легко й непомітно всмоктується, але через короткий час викликає набряк, біль,хімічний опік і загальноотруйну дію. Симптоми від впливу слабко концентрованих розчинів можуть з'явитися через добу й навіть пізніше після влучення їх на шкіру.

Специфічні антидоти практично відсутні, тому при поглинанні шкірою смертельної дози фтороводню людина може жити кілька діб без надії на порятунок.

Гранично припустима концентрація (ГПК) плавикової кислоти в повітрі робочої зони 0,5 мг/м³ (у перерахуванні на фтор).

При хімічній обробці кремнію застосовується для видалення шару окисла з його поверхні:

SiO₂ + 6HF = H₂SiF₆ + H₂O,

а також у складі поліруючого травника разом з азотною кислотою HNO₃ і оцтовою кислотою CH₃COOH та у складі селективного травника для виявлення структурних дефектів у монокристалах кремнію.

Оцтова кислота - органічна речовина з формулою CH₃COOH.  Інша назва - етанова кислота.

Оцтова кислота - безбарвна рідина з характерним різким запахомі кислимсмаком.Гігроскопична, тобто усмоктує в себе водяні пари з повітря. Необмежено розчинна уводі. Змішується з багатьмарозчинниками. В оцтовій кислоті добре розчинні органічні сполуки й гази, наприклад, фтороводеньHF.

Властивості оцтової кислоти змінюються залежно від вмісту в ній води. Оцет є продуктом бродіннявинаі відомий людині з незапам'ятних часів.

Пари оцтової кислоти подразнюють слизуваті оболонки верхніх дихальних шляхів. Поріг сприйняття запаху оцтової кислоти в повітрі - приблизно 0,4 мг/л. Гранично припустима концентрація (ГПК) в атмосферному повітрі становить 0,06 мг/м³, у повітрі робочих приміщень — 5 мг/м³. Смертельна доза становить приблизно 20 мл.

Дія оцтової кислоти на біологічні тканини залежить від ступеня її розведення водою. Небезпечними вважаються розчини, у яких концентрація кислоти перевищує 30 %. Концентрована оцтова кислота здатна викликати хімічні опіки.

При хімічній обробці кремнію застосовується в складі поліруючого травника разом із плавиковою кислотою HF і азотною кислотою HNO₃.