Miljøvenlig produktion af silicium nanotråde

Fysikere fra Lomonosov Moscow State University har udarbejdet en ny og mere miljøvenlig metode til at opnå silicium nanotråde, der erstatter flussyre (HF) med ammoniumfluorid (NH) ₄ F).

Silicium nanotråde er strømlinede, parallelle nanostrukturer, der ligner ledninger. Nanotrådsdiameter varierer fra 50 til 200 nm, og afstanden mellem strukturer er fra 100 til 500 nm. Nanowire længde, afhængig af ætsetid, kan være fra 100 nm op til snesevis af mikron. Silicium nanotråde har applikationer i mikro- og optoelektronik, fotonik, PV, og sensorik, og biomedicin - silicium nanostrukturer er biologisk nedbrydelige materialer, hvilket betyder, at de nedbrydes inde i en organisme efter en periode. Derudover i begrænsede koncentrationer, nanostrukturer er ugiftige. Imidlertid, flussyre (HF), som bruges i en konventionel metode til fremstilling af silicon -nanotråde, er ekstremt giftig.

Nu, silicium nanotråde kan fremstilles via kemisk ætsning af en silicium wafer, i en proces, hvorved metalnanopartikler (f.eks. sølv nanopartikler) aktiverer ætsning.

Kirill Gonchar, en juniorforsker ved Lomonosov Moscow State University, beskriver processen:"Vi har brugt en to-trins metode til ætsning. I første fase, sølv nanopartikler blev aflejret på overfladen af ​​en silicium wafer. Denne aflejring producerede ikke et jævnt lag, men snarere forskellige ø-regioner. I anden fase, siliciumwaferen var ætset på steder dækket med sølv. På grund af dette, det udsatte silicium blev til nanotråde, efterhånden som sølvnanopartikler faldt ned i silikonearket. Og jo længere ætsningsprocessen er, jo længere nanotrådene ved udgangen. I slutningen, sølvet blev fjernet ved hjælp af salpetersyre."

Forskere fra Lomonosov Moscow State University har erstattet farlig og giftig flussyre med ammoniumfluorid på alle stadier af kemisk ætsning. I øvrigt, de har undersøgt optiske egenskaber for silicium nanotråde produceret via denne metode og sammenlignet dem med nanotråde produceret konventionelt med flussyre.

Kirill Gonchar forklarer, hvordan ideen om at bruge ammoniumfluorid i syntese af nanotråde opstod:"Idéen om anvendelse af ammoniumfluorid var ikke ny, det blev lånt fra eksperimentelle metoder til at opnå porøst silicium, der fandt sted for 20 år siden. Ammoniumfluorid blev også brugt dengang, i stedet for flussyre. Der var lignende projekter, hvor nanotråde blev produceret i ammoniumfluorid, men der var ingen erstatning på alle ætsningsstadier. Vi har studeret de optiske egenskaber af de nanotråde, vi fik, og bevist, at de ikke adskiller sig meget fra nanotråde opnået ved den konventionelle metode."

Silicium nanotråde, fremstillet ved metalassisteret ætsning, kunne bruges til at skabe nye fotoniske enheder og siliciumbaserede sensorer. Kirill Gonchar siger, at nanotråde er lovende som sensoriske elementer i optiske sensorer for forskellige stoffer. Dette sker på grund af stigningen i Raman-effektens signalintensitet, som er et "fingeraftryk" af et stof; det skyldes også følsomhed over for tilstedeværelsen af ​​forskellige gasser, for eksempel, ilt.

I øvrigt, strukturer indeholdende silicium nanotråde kunne bruges i antirefleksbelægninger til solceller. Mens almindeligt silicium reflekterer omkring 30 procent af lyset i det synlige område, silicium nanotråde afspejler omkring 2 pct.