Пористый кремний перспективен в качестве датчика различных химических и биологических веществ. Сорбция различных молекул и биополимеров в порах кремния изменяет его показатель преломления и, следовательно, оптические свойства. В литературе сообщалось о различных оптических датчиках на тонких слоях пористого кремния, волноводах, люминесцентных и отражательных микрорезонаторах. Однако большинство этих датчиков реагировали только на присутствие различных газов, не различая их специфику. Кроме того, чтобы изменить оптические свойства пористого кремния, органические газы должны были иметь достаточно высокую концентрацию. Выход – в сочетании пористого кремния с его большой площадью поверхности другими с другими веществами чувствительными к молекулам определенного типа.
В совместной работе американские исследователи из Univ. Rhode Island, Univ. Albany (SUNY) и компании ICx-Nomadics предлагают использовать сопряженный полимер MEH-PPV, адсорбированный в порах кремния, для детектирования взрывчатых веществ, в частности, для обнаружения нитроароматических соединений (например, тротила - TNT).
Детектировать тротил можно как по изменению спектра флуоресценции, так и по сдвигу резонансного пика отражения микрорезонатора, возникающих при контакте адсорбированного на зеркалах микрорезонатора MEH-PPV с парами TNT. Выдержка системы в парах тротила даже при низком давлении также приводит как к сдвигу в спектрах флуоресценции MEH-PPV, так и к сдвигу резонансного пика отражения микрорезонатора. Наблюдаемое смещение в отражении (~ 2-3нм) больше, чем смещение в спектре флуоресценции (~ 1нм). Кроме того пик отражения более узкий, чем описываемый провал в спектре флуоресценции. Возможной причиной этих явлений является неоднородность уширения спектра люминесценции полимера.
Другой интересный эффект - перестройка длины волны Si:Er пористого источника - наблюдали в совместной работе исследователи 3-х аме-риканских университетов (Vanderbilt Univ. Univ., Orchester и Texas Christian Univ.). Люминесценцию эрбия вблизи 1.54мкм исследуют достаточно широко. Поскольку ближняя инфракрасная область соответствует минимуму поглощения кремния, а также полосе пропускания волокон на основе кремния, то пористые кремниевые структуры, легированные эрбием, представляются перспективными для оптических межсоединений на чипе и для других оптоэлектронных применений, в которых требуется объединить электрические и оптические функции на одной платформе. Для введения эрбия в кремний используют несколько технологий – ионная имплантация, твердофазная эпитаксия, молекулярнолучевая эпитаксия, химическое осаждение из паровой фазы, ионно-лучевая эпитаксия.
Микрорезонаторы из пористого кремния формировали также электрохимическим травлением сильнолегированной кремниевой подложки p-типа. Различные слои создавали при изменении плотности тока в течение электрохимического травления. После формирования слоев структуру отжигали в атмосфере кислорода при 850°C в течение 10 мин. Затем поры кремниевого образца заполняли путем инфильтрации нематическим жидким кристаллом (НЖК) E7, легированным эрбием. Ионы эрбия обеспечивали люминесценцию вблизи 1.55мкм, что соответствует резонансной длине волны пропускания микрорезонатора, заполненного нематиком. НЖК позволяет осуществлять перестройку длины волны вследствие изменения показателя преломления жидкокристаллической матрицы, возникающего при изменении температуры системы. Авторы достигли перестройки пиковой длины волны на 7нм, но полагают, что величина области перестройки может быть увеличена до 40нм совершенствованием морфологии кремниевого образца, а также улучшением степени упорядоченности молекул жидкого кристалла в порах.
Appl. Phys. Lett., 90, 031112 (2007)
Перст (М.Смаев)