Новости: Технологии

Наноструктуры кремния привлекают внимание исследователей из-за потенциальной применимости в электронике, фотонике, биосенсорах. В частности, нанонити обладают уникальными термическими, механическими и электрическими свойствами, что обеспечивает хорошие перспективы их использования в производстве наноэлектроники, гибкой электроники, термоэлектрических устройств, солнечных батарей, электродов аккумуляторов и биосенсоров. А наночастицы и пористый кремний отличаются способностью к люминесценции в видимой области, что важно для применения в качестве светодиодов, лазеров и пр. Пористые нанонити объединяют в себе эти свойства.

Обычно пористый кремний получается анодным травлением образца в водном или органическом растворе HF или химическим травлением с помощью HNO₃ и HF. Недавно разработана воспроизводимая методика получения качественного пористого кремния с помощью химического травления, катализируемого металлами. Затем она была адаптирована за счет применения H₂O₂ для получения массивов вертикальных нанонитей кремния с обоими (p- и n-) типами проводимости и разных кристаллографических направлений.

В данном случае для эксперимента были взяты коммерчески доступные образцы (100)-кремния с электронным типом проводимости и сопротивлением 0.008 - 0.02, 0.3 - 0.8, и 1 - 5 Ом·см. Сразу после очистки они погружались в 0,02 М раствор AgNO₃, после чего поступали на травление контролируемой длительности в 5М HF. В зависимости от условий травления удавалось получать разные типы нанонитей: как без пор, так и с порами нанометровых размеров.

Для образцов с высоким сопротивлением (слабо допированных) это приводило, по данным просвечивающей электронной микроскопии, к упорядоченным массивам нанонитей. А вот для высокодопированных (с малым сопротивлением) образцов подобной картины не наблюдалось. Считается, что в данном методе травление идет под наночастицами серебра и около них, что приводит к формированию углублений (постепенно увеличивающихся и срастающихся), а сами наночастицы преимущественно осаждаются, в свою очередь, вблизи дефектов, нередко обусловленных наличием примеси. Высокодопированные образцы, таким образом, создают слишком высокую плотность наночастиц на своей поверхности, что делает вышеуказанный путь травления неприемлемым.

Разработанная методика позволила контролировать концентрацию наночастиц на поверхности. По данной технологии с поверхности удалялась оксидная пленка травлением в течение 2 мин, образец опускался в раствор 4.8 M HF и 0.005 M AgNO₃ всего на 1 мин. Поверхность приобретала "цветность", что свидетельствовало о наличии наночастиц. Затем, в течение 30-60 мин, велось собственно травление 4.8 M HF с добавкой разных количеств H₂O₂. По окончании наночастицы удалялись азотной кислотой.

Считается, что катализ наночастицами серебра объясняется протекающими на их поверхностях реакциями. Катод (поверхность со стороны раствора):

H₂O₂ + 2H⁺ + 2e^- → 2H₂O.

Анод (поверхность со стороны подложки):

Si + 2H₂O → SiO₂+ 4H⁺ + 4e^-, SiO₂+ 6HF → [SiF₆]^2- + 2H₂O + 2H⁺.

Суммарно: Si + 2H₂O₂+ 6F^- + 4H⁺ → [SiF₆]^2- + 4H₂O.

Видно, что скорость реакции в прямой зависимости от концентрации перекиси водорода. То есть, меняя концентрацию перекиси и время травления, можно добиться различной степени обработки поверхности, то есть идти (по мере ее повышения) от отсутствия интересующих нас наноструктур, через сплошные нанонити к полым изнутри нанонитям.

Пористые нанонити обладали проводимостью n-типа, но значительно сниженной, и имели широкую полосу фотолюминесценции в районе 650 нм. Такое сочетание свойств может оказаться весьма полезным для применения, например, в фотоэлектронике.