Team udvikler ny halvlederbehandlingsteknologi

Ekstremt fine porøse strukturer med bittesmå huller, ligner en slags svamp på nanoniveau, kan genereres i halvledere. Dette åbner op for nye muligheder for realisering af bittesmå sensorer eller usædvanlige optiske og elektroniske komponenter. Der har allerede været eksperimenter på dette område med porøse strukturer lavet af silicium. Nu, forskere ved TU Wien har udviklet en metode til kontrolleret fremstilling af porøst siliciumcarbid. Siliciumcarbid har betydelige fordele i forhold til silicium; det har større kemisk resistens, og kan derfor bruges til biologiske formål, for eksempel, uden yderligere belægning påkrævet.

For at demonstrere potentialet i denne nye teknologi, forskerne integrerede et specielt spejl, der selektivt reflekterer forskellige lysfarver i en SiC-wafer ved at skabe tynde lag med en tykkelse på hver ca. 70 nm og med forskellige grader af porøsitet.

"Der er en lang række spændende tekniske muligheder tilgængelige for os, når vi laver en porøs struktur med utallige nanohuller fra et solidt stykke af et halvledermateriale, " siger Markus Leitgeb fra Institute of Sensor and Actuator Systems ved TU Wien. Leitgeb udviklede den nye materialebehandlingsteknologi som en del af sin afhandling. "Den porøse struktur påvirker den måde, hvorpå lysbølger påvirkes af materialet. Hvis vi kan kontrollere porøsiteten, Det betyder, at vi også har kontrol over materialets optiske brydningsindeks."

Dette kan være meget nyttigt inden for sensorteknologi – f.eks. brydningsindekset for små mængder væske kan måles ved hjælp af en porøs halvledersensor, således muliggør en pålidelig skelnen mellem forskellige væsker.

En anden attraktiv mulighed fra et applikationsorienteret perspektiv er først at gøre visse områder af SiC-waferen porøse på en meget lokaliseret måde, før der afsættes et nyt SiC-lag over disse porøse områder, og derefter få sidstnævnte til at kollapse på en kontrolleret måde - denne teknik producerer mikrostrukturer og nanostrukturer, der også kan spille en nøglerolle i sensorteknologi.

Imidlertid, det er afgørende, at det passende udgangsmateriale vælges. "Indtil nu, silicium er blevet brugt til dette formål, et materiale, som vi allerede har stor erfaring med, " siger professor Schmid. Silicium har også betydelige ulemper, imidlertid; under barske miljøforhold som ekstrem varme eller i alkaliske opløsninger, strukturer lavet af silicium angribes og ødelægges hurtigt. Derfor, sensorer lavet af silicium er ofte ikke egnede til biologiske eller elektrokemiske anvendelser.

Af denne grund, forskere forsøgte at opnå noget lignende med halvlederen siliciumcarbid, som er biokompatibel og betydeligt mere robust ud fra et kemisk perspektiv. Nogle specielle tricks var påkrævet, imidlertid, for at fremstille porøse strukturer fra siliciumcarbid.

Det farveselektive spejl

Først, overfladen renses, og derefter delvist dækket med et tyndt lag platin. Siliciumcarbidet nedsænkes derefter i en ætseopløsning og udsættes for UV-lys, for at sætte gang i oxidationsprocesserne. Dette forårsager, at der dannes et tyndt porøst lag - i begyndelsen 1 μm tykt - i disse områder, der ikke er belagt med platin. Der påføres så også en elektrisk ladning for præcist at kunne indstille porøsiteten og tykkelsen af ​​de efterfølgende lag. Her, det første porøse lag fremmer dannelsen af ​​de første porer, når den elektriske ladning påføres.

"Den porøse struktur spreder sig fra overfladen længere og længere ind i materialets indre, " forklarer Markus Leitgeb. "Ved at justere den elektriske ladning under denne proces, vi kan kontrollere, hvilken porøsitet vi ønsker at have i en given dybde." På denne måde, det var muligt at fremstille en kompleks lagdelt struktur af siliciumcarbidlag med højere og lavere niveauer af porøsitet, som til sidst adskilles fra bulkmaterialet ved at påføre en højspændingsimpuls. Tykkelsen af ​​de enkelte lag kan vælges således, at den lagdelte struktur reflekterer bestemte lysbølgelængder særligt godt eller tillader bestemte lysbølgelængder at passere igennem, resulterer i en integreret, farveselektivt spejl.

"Vi har således demonstreret, at vores nye metode kan bruges til pålideligt at kontrollere porøsiteten af ​​siliciumcarbid i mikroskopisk skala, " siger Ulrich Schmid. "Denne teknologi lover mange potentielle anvendelser, fra anti-reflekterende belægninger, optiske eller elektroniske komponenter og specielle biosensorer, gennem til resistente superkondensatorer."