Завдяки високій адсорбційній здатності, пористий кремній por-Si виступає перспективною функціональною платформою для розробки широкого спектра сенсорних пристроїв. Зокрема, унікальні властивості поверхні матеріалу дозволяють реалізувати високочутливі датчики газів, та вологості [1].
Результати дослідження і їх обговорення. Метод інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є (FTIR) є ефективним інструментом для аналізу структури пористого шару [2]. Його перевага полягає у високій оптичній прозорості кремнієвої матриці в ІЧ-діапазоні, що дозволяє отримувати прецизійні спектральні дані без значних втрат сигналу на поглинання підкладкою.
Формування пористих шарів здійснювали методом електрохімічного анодування в комірці вертикального типу. Усі зразки виготовляли протягом однієї серії (в один день) для забезпечення ідентичності зовнішніх умов. Робоча площа анодування становила 6,28 см². Варіювання параметрів процесу проводили в межах 10–60 мА за силою струму та 5–30 хв за тривалістю травлення.
Оптичні властивості отриманих структур досліджували за допомогою ІЧ Фур’є-спектрометра ФСМ 1201 у діапазоні хвильових чисел 400–7800 см⁻¹ із роздільною здатністю 1 см⁻¹. Аналіз спектрів поглинання всіх зразків виявив наявність шести характерних смуг. Зокрема, зафіксовано інтенсивні піки при 605 см⁻¹ та 1110 см⁻¹, а також малоінтенсивні смуги в інтервалах 700–950 см⁻¹ (піки 708 і 910 см⁻¹) та 2100–2400 см⁻¹ (піки 2116 і 2340 см⁻¹).
Аналіз ІЧ-спектрів показав наявність піків поглинання, характерних для вуглецевих зв'язків, що виникли на етапі синтезу злитків Si. Електрична нейтральність вуглецю в кремнії обумовлює стабільність цих смуг у всіх зразках, що свідчить про відсутність впливу часу анодування на локальне атомне оточення атомів C
Рисунок 1 – FTIR спектри зразків, вирощених при постійному часі анодування і при варіації струму: 1 – зразок без анодування; 2 – струм анодування 10 мА, час 5 хв ; 3 – струм анодування 30 мА, час 20 хв; 4 – струм анодування 30 мА, час 30 хв.
Смуги поглинання в діапазонах 700–950 см⁻¹ та 2100–2500 см⁻¹ свідчать про формування SiHn та SiOxHy комплексів у процесі анодування. Піки при 708 см⁻¹ (деформаційні SiHx) та 910 см⁻¹ (ножичні SiH2) посилюються зі зростанням струму травлення, що пояснюється інтенсивним насиченням кремнієвої матриці воднем у розчині HF. У вихідному зразку ці зв’язки відсутні.
Виражений пік при 1110 см⁻¹ обумовлений присутністю кисню, що потрапляє в кремній під час вирощування злитка. На відміну від вуглецевих зв'язків, які залишаються стабільними, інтенсивність кисневих піків корелює зі зростанням струму анодування. Дане явище пояснюється «постокисленням» пористого шару на повітрі та виникненням стискаючих напружень на межах кристалітів. Останні призводять до зменшення середнього кута тетраедричних зв'язків Si–O–Si, при цьому довжина самого зв'язку Si–O залишається незмінною.
Висновки: Інтенсивний пік 1110 см⁻¹ зумовлений валентними коливаннями місткового кисню Si-O-Si, притаманного вихідному монокристалу. На відміну від стабільного вуглецю, інтенсивність кисневих смуг зростає пропорційно струму анодування. Це зумовлено «постокисленням» розвиненої поверхні пор на повітрі та виникненням стискаючих напружень на межах кристалітів. Останні зменшують середній кут зв’язку Si-O-Si, що трансформує спектр поглинання без зміни структури міжатомного зв’язку $Si-O$.
Список використаних джерел
1. Aroutiounian, V. M. (2015). Metal oxide gas sensors decorated with carbon nanotubes. Lithuanian Journal of Physics, 55(4), 319–329.
2. Kopan M. Morphology and FT IR spectra of porous silicon / M. Kopani . M. Mikula D. Kosnac, J.Gregus, E. Pincik. Journal of Electrical Engineering. – 2017. – V. 68(5) . – P. 53 - 57.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter