ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
, ,
, ,
E-mail: *****@***ru
Саратовский государственный университет им.
Пористый кремний был получен американским ученым А. Улиром в 1955 г. случайно, во время электролитической полировки монокристаллического кремния [1]. Таким образом, традиционным методом получения материала считается электрохимический. Однако, в последнее время, все большую популярность из-за своей нетребовательности и экономичности приобретают разновидности методов химического травления. Наибольшей востребованностью пользуются методы травления с участием металла (англ. metal assisted etching) [2, 3]. На основе проведенного литературного анализа, посвященных химическому травлению пористого кремния [3-7] были предложены два метода: одноэтапный и двухэтапный (далее, метод 1 и 2). Получение пористого кремния методом 1 осуществлялось путем реакции осаждения Ag на подложку с замещением Si в водном растворе 0,02М AgNO3 и 5M HF в течение 60 минут с последующим травлением образовавшегося на поверхности дендритного слоя Ag. Метод 2 включал в себя два этапа. Первый состоял из погружения подложки в раствор HF (4.8M) + AgNO3 (0.005M) для осаждения на ней Ag. Время погружения составляло 1 минуту. На втором этапе происходило непосредственное травление с получением por-Si в растворе HF (4.8M) + H2O2 (0.5M) в течение 60 минут.
Рисунок 1 – Морфология образцов p-типа, полученных а) методом 1, b) методом 2
В качестве подложек нами использовались пластины монокристаллического кремния р-типа КДБ - 4,5 с ориентацией <100> и n-типа такого же удельного сопротивления и с той же ориентацией.
Для исследования поверхности полученного por-Si и оценки эффективности травления нами был произведен сравнительный анализ морфологии образцов, полученных разными методами, на сканирующем электронном микроскопе SEM MIRA II LMU. Полученные изображения образцов p-типа представлены на рис. 1. Если в первом случае а) мы можем наблюдать хаотичный кремниевый скелет, то морфология образца b) имеет сравнительно упорядоченную структуру с четко оформленными порами. Для образцов n-типа наблюдалась аналогичная картина.
Рисунок 2 - Фотолюминесценция образцов p-типа, полученных а) методом 1, b) методом 2
Нами было проведено исследование фотолюминесцентных свойств полученных образцов. Пористый кремний обладает достаточно широким спектром люминесценции, которая может варьироваться от 750 нм (красный свет) до 450 нм (голубой) в зависимости от размеров нанокристаллитов и степени окисления [8]. Образцы показали фотолюминесцентные свойства в коротковолновом диапазоне спектра на уровне 448 нм (а) и 452 нм (b). Все образцы показали схожие характеристики фотолюминесценции, лишь немного различающиеся по интенсивности. Получение ИК спектров производилось на спектрометре Shimadzu Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRTracer-100. Для образцов, полученных методом 2, наблюдается сильное смещение значений частот и падение пропускания в высокочастотном диапазоне, по сравнению с исходной подложкой, что можно наблюдать на рис. 3.
Рисунок 3 – Сравнение ИК – спектра полученного образца por – Si p-типа с исходной подложкой
Полученные в ходе исследования данные позволяют наблюдать качественные сходства и различия между свойствами структур пористого кремния, полученных различными разновидностями химического метода травления с участием металла. Перспективы применения подобных структур обусловлены значительным многообразием их функциональных возможностей в широком диапазоне воздействий, в частности для создания самовосстанавливающихся интеллектуальных материалов и/или самоуничтожающейся элементной базы.
Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания министерства образования и науки Российской Федерации. Проект № 000: Фазовая и структурная модификация микро - и наноструктур электромагнитным излучением широкого диапазона энергий.
Библиографический список
1. Uhlir A. Electrolytic shaping of germanium and silicon // Bell Syst. Tech. 1956. V.35. №2. P.333–347;
2. Han H., Huang Z., Lee W. Metal-assisted chemical etching of silicon and nanotechnology applications // Nano Today. 2014. №9. P.271–304;
3. Сontrolled Investigation of Mass Transfer in Nanostructures AgI-Ag /Galushka V. V., Bilenko D. I., Terin D. V., Revzina E. M., Kondratyeva O. Yu., Kozhevnikov I. O. // BioNanoScience. - 2015. - № 5. - P. 227-232;
4. Najar A., Slimane A. B., Hedhili M. N., Anjum D., Sougrat R. Effect of hydrofluoric acid concentration on the evolution of photoluminescence characteristics in porous silicon nanowires prepared by Ag-assisted electroless etching method // Journal of Applied Physics. 2012. № 000. P.2–6;
5. Iatsunskyi I., Smyntyna V., Pavlenko N., Sviridova O. Peculiarities of Photoluminescence in Porous Silicon Prepared by Metal-Assisted Chemical Etching // ISRN Optics. 2012. P.1–6;
6. Linhan L., Siping G., Xianzhong S., Jiayou F., Yan W. Synthesis and Photoluminescence Properties of Porous Silicon Nanowire Arrays // Nanoscale Res Lett. 2010. №5. P.1822–1828;
7. Jing Z., Yin W., Hui F. Uniform axial orientation alignment of one-dimensional single-crystal silicon nanostructure films // Angewandte Chemie International Edition. 2005. V.44. Iss.18. P.2737–2742;
8. Нанотехнологии / Москва: Техносфера. 2005. С. 140–142.
Вид доклада: устный
