Bedre forståelse af principperne for siliciumætsning fører til forbedret overflademønster

Fra solceller, der fanger mere lys, til medicinsk udstyr, der modstår kolonisering af bakterier; der er mange anvendelsesmuligheder for materialer i betragtning af en sprød belægning af silicon -nanotråde. Det kan være udfordrende at oprette disse nanostrukturerede siliciumoverflader - men A*STAR -forskere har nu opdaget, hvordan man kontrollerer mindst en rute.

Metalassisteret kemisk ætsning (MacEtch) er en af ​​de mest skalerbare og omkostningseffektive måder at danne disse overflader på, men forskere støder ofte på uoverensstemmelser mellem eksisterende MacEtch -modeller og processen i virkeligheden.

Sing Yang Chiam ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og hans kolleger har nu opdaget den centrale styringsmekanisme, som MacEtch arbejder med. "Vi blev meget overraskede over vores opdagelser, "siger Chiam." Først efter mange gentagne tests, og studerer det fra mange vinkler, blev vi overbevist af vores model. "

MacEtch er baseret på siliciums interaktion med en katalysator (f.eks. Guld) i en ætsningsløsning med hydrogenperoxid. Når den er belagt med silicium, katalysatoren fremskynder hydrogenperoxids angreb på dens overflade. Processen kan kontrolleres, imidlertid, ved at lægge visse blokerende metaller mellem katalysatoren og silicium. Hvis dette mellemliggende lag er placeret i et prikmønster på tværs af silicium, når hydrogenperoxid tilsættes, siliciumet under prikkerne er beskyttet mod ætsning. Disse beskyttede punkter bliver til nanotråde af silicium, da siliciumet omkring dem er opløst.

Chiam og hans team viste for nylig, at chrommetal er et godt blokerende lag. Imidlertid, hvorfor chrom fungerede godt, og hvilke andre metaller der også kan fungere godt, var ikke kendt. "Vi satte os for at finde den grundlæggende styringsmekanisme, "Chiam siger." Så kunne vi lettere afgøre, om et materiale skulle eller ikke burde fungere. "

Efter systematisk at have undersøgt forskellige blokerende metaller, forskerne væltede snart den fremherskende idé, katalysatoren styrer ætsning ved at hjælpe med at injicere positive ladninger ved katalysator/silicium -grænsefladen.

I stedet, de viste ætsning styret af en kemisk 'redox' -reaktion mellem katalysatoren og silicium. Kun metaller med et højt redoxpotentiale kan reagere med og fjerne siliciumatomer. Denne opdagelse hjælper med at forene tidligere eksperimentelle uoverensstemmelser som chromresultatet og betyder, at MacEtch -katalysatorer eller blokerende materialer kan vælges ganske enkelt ved at slå deres redoxpotentiale op.

Teamet bruger allerede sin nye forståelse til at producere endnu mere fint detaljerede, mere dybt ætsede silicium -nanostrukturer, Siger Chiam. Applikationer spænder fra filtrering til mikroelektronik, tilføjer han. "Vi ser frem til at finde den rigtige partner til at tage vores opdagelse og teknologi videre."