Новости перспективных технологий

Российские учёные исследуют пористый кремний

Пористый кремний и схожие с ним материалы представляют большой интерес для современной электроники. В наномасштабе все полупроводники проявляют необычные свойства: нарушается подвижность носителей заряда, изменяются электромагнитные поля, действующие на атомы, а большая площадь поверхности облегчает модификацию материала за счёт адсорбции молекул. На основе пористого кремния можно создавать оптоэлектронные приборы, сверхчувствительные сенсоры, микротопливные элементы и другие устройства. Студенты и аспиранты под совместным научным руководством преподавателей кафедры «Приборостроение и наноэлектроника» Сибирского федерального университета и сотрудников института физики СО РАН провели серию исследований, посвящённых получению пористого кремния и новых материалов на его основе. В последнем номере Журнала Сибирского федерального университета вышел обзор, суммирующий полученные результаты. Работа проводилась в рамках ФЦП «Интеграция науки и высшего образования России».

Пористый кремний получают в электрохимических ячейках. Действие электрического поля в присутствии плавиковой кислоты HF приводит к формированию пористой структуры на поверхности пластины монокристаллического кремния. Исследователи показали, что морфология пористого кремния изменяется при использовании электрохимических ячеек разных типов, а также зависит от структуры монокристаллического кремния, плотности тока, состава электролита и ряда других факторов. В анализируемых работах был получен кремний с порами разных типов – от упорядоченных квадратных полостей до разветвлённых тонких каналов.

Учёные исследовали оптические свойства полученных кремниевых структур. Анализ спектров комбинационного рассеяния позволил доказать, что электрофизические свойства пористого кремния изменяются по сравнению с обычным монокристаллическим материалом. Например, в ряде случаев в пористом кремнии происходит изменение ширины запрещённой зоны. Авторы исследования связывают этот эффект с присутствием наноразмерных кристаллов. В столь малых масштабах начинают проявляться квантово-размерные эффекты – поведение элементарных частиц меняется благодаря тому, что толщина перегородок и пор в материале сопоставима с их размерами. На практике это приводит к появлению таких свойств, как способность кремния к фотолюминесценции, что открывает новые перспективы для создания оптоэлектронных приборов.

В обзоре также рассматриваются работы, посвящённые модификации пористого кремния различными материалами. Например, химическое осаждение сплавов кобальта, никеля и железа на пластину пористого кремния позволяет получить структуры с заданными магнитными свойствами. Для таких материалов характерна магнитная анизотропия, связанная с тем, что металлы осаждаются в порах, ориентированных определённым образом. В другом исследовании кремний модифицировали углеродом, в том числе с помощью ультрадисперсного алмаза. При термической обработке материала, содержащего углерод и кремний, на его поверхности появляется карбид кремния – стойкий материал с повышенной способностью к фотолюминесценции. Ещё одна работа описывает заполнение пор кремния жидким кристаллом (октилцианобифенилом). Взаимодействие со стенками пор приводит к частичному упорядочиванию молекул жидкого кристалла, но в то же время молекулы сохраняют способность изменять ориентацию под влиянием электрического поля. Предполагается, что такие композитные материалы найдут применение в управляемых СВЧ-устройствах.

Источник информации:

В.А. Юзова, А.А. Левицкий, П.А. Харлашин. «Развитие технологии получения и исследования пористого кремния». Журнал Сибирского федерального университета. Серия: техника и технологии. 2011, том 4, № 1.

Информация с сайта strf.ru.

Автор оригинального текста: Анастасия Казанцева.