مقدمه

کشف نیمه رساناها زندگی انسان را کاملا تغییر دادند. در حال حاضر، یکی از محورهاي مهـم پـژوهش در علـم مـواد و فیزیـک حالت جامد، مطالعه ي نیم رساناهاي متخلخل می باشـد. امـروزه، مواد فوتونیکی متخلخل کاربردهاي بالقوه اي در تکنولوژي نمایش، ذخیــره ســازي داده هــاي نــوري و سنســورهاي شــیمیایی پیــدا کرده اند. [۱] سیلیکان متخلخل در سال ۱۹۵۰ بوسیله ي خـوردگی الکتروشیمیایی سیلیکان در محلول هاي آبی اسید هیدروفلوئوریک

( HF) کشف شد. این ماده به عنـوان دربرگیرنـده ي شـبکه اي از حفره ها شناخته شده است.[۲] یکی از مهم ترین مزایاي سـیلیکان

متخلخل، سادگی و راحتی ساخت آن می باشد .سیلیکان متخلخل به دلیل فوتولومینسانس مرئی در دماي اتاق، توجه زیـادي نیـز بـه خـود جلـب کـرده اسـت. زیـرا طیـف فوتولومینسـانس یکـی از تکنیکهاي طیف سنجی است که می توان آن را در جهت فهمیدن ساختار و خواص اپتیکی سیلیکان متخلخل مورد اسـتفاده قـرار داد

.[۳] در سال هاي اخیـر، تـلاش هـاي علمـی فراوانـی بـراي درك سازوکار تابش نور مرئـی سـیلیکان متخلخـل انجـام شـده اسـت.

فوتــو لومینســانس ســیلیکان متخلخــل بــه دلیــل کــاهش ابعــاد و نانوسـاختارهاي بدسـت آمـده بـه وســیله ي حــل الکتروشـیمیایی سیلیکان بالکی مـی باشـد. شـکل و ابعـاد سـاختارهاي متخلخـل

۲۰۷

بوسـیله ي خـواص فیزیکـی ویفرهـاي Si و پارامترهـاي فرآینـد الکتروشیمیایی (غلظـت HF، چگـالی جریـان، زمـان خـوردگی)

تعیین می شوند. با تغییر یکی از ایـن پـارامتر هـا امکـان تغییـر در تخلخل و ابعاد نانوساختارها، طول موج نور گسیل شده که نوعا از محدودهي مادون قرمز تا منطقه ي سـبز–آبـی مـی باشـد، وجـود دارد .[۴]

در ایـن مقالـه روش بـه دسـت آوردن طیـف جـذب اپتیکـی سیلیکان متخلخل بر پایه ي مستقل بررسی می شود. در حقیقـت این امکان وجـود دارد کـه از نظـر تئـوري، از روي طیـف جـذب اپتیکی، طیف عبور را استخراج کنیم.

شرح آزمایش

براي ساختن نمونه هاي سیلیکان متخلخل از ویفر سیلیکان نوع p با جهت بلوري (١٠٠) و مقاومـت ورقـه ايΩ□-۱ اسـتفاده کردهایم. با لایهنشـانی آلومینیـوم بـه روش تبخیـر خـلا در پشـت نمونهها یک اتصال اهمی یکنواخت تولید می کنـیم. بـا اسـتفاده از چسب نقره یک سیم را براي برقراري اتصال اهمی به پشت نمونه، طرفی که لایه آلومینیوم قرار دارد متصل می کنیم و سپس به وسیله چسب آکواریوم سـطح پشـت نمونـه و سـیم را بـراي حفاظـت از خــوردگی در جریــان آندیزاســیون کــاملا مــی پوشــانیم. فرآینــد آندیزاسیون در داخل یک سلول انجام مـی گیـرد کـه جـنس آن از پلیمر مقاوم در برابر اسید مـی باشـد. سـاده تـرین سـلولی کـه در ساخت سیلیکان متخلخـل مـورد اسـتفاده قـرار مـی گیـرد سـلول عمودي است که در شکل(١) نشان داده شده است. براي متخلخل کردن سیلیکان، نمونه ها را در داخل محلول الکترولیت کـه شـامل اسید(%( HF 40 وC2H5OH با نسـبت حجمـی (۱:۱) مـی باشـد، قرار می دهیم. قطب مثبت این سلول الکتروشیمیایی به Si و قطب منفی به یـک صـفحه ي پلاتینـی بـه سـطح مقطـع ۴ cm2 متصـل مـیگـردد. مسـاحت نمونـه هـا ۱/۵ × ۱/۵ cm2 اسـت. چگـالی جریان۲۰ mA.cm-2را بـا مـدت زمـان هـاي ۱۰ minو ۲۰min و ۳۰ min و ۴۰ min از مدار الکتریکی در دماي محـیط آزمایشـگاه

عبور می دهیم. در طی این فرآینـد یـک لایـه نـازك از حفـره هـا برروي سیلیکان تشکیل می شود. نمونه هاي سیلیکان متخلخل پس از ساخت با آب مقطـر شستشـو داده و بعـد از خشـک کـردن در محفظه ي شامل سیلیکاژل در دماي اتاق نگهداري می شوند. پـس از ساخت نمونه ها وتایید آنها بوسـیلهي عکسـبرداري SEM، بـه کمک نرمافزار measurement ضخامت لایه ي متخلخل و درصد تخلخل محاسبه می شود. جدول شماره ۱ زمـان خـوردگی، میـزان تخلخل و ضخامت لایه ي متخلخل نمونه ها را نشان می دهد.

شکل : (۱) سلول عمودي جهت فرآیند آندیزاسیون سیلیکان متخلخل.

داده هاي موجود در جدول شماره ۱ نشان می دهند که با افزایش زمان خوردگی، درصدتخلخل و ضخامت لایه ي متخلخل افزایش می یابد.

جدول شماره (۱) :میزان تخلخل و ضخامت لایه ي متخلخل بر حسب زمان

خوردگی

میزان تخلخل ضخامت لایه زمان خوردگی چگالی جریان
متخلخل شماره نمونه
(%) (min) mA.cm-2
(µm)
٧ ٤ ۱۰ ٢٠ ١
١٢ ٥/٧ ۲۰ ٢٠ ٢
١٨ ١٤ ۳۰ ٢٠ ٣
٢٥ ١٨ ۴۰ ٢٠ ٤

۲۰۸

شــکل هــاي (٢) و (٣) و (٤) و (٥) و (٦) و (٧) و (٨) و (۹)

تصــاویر SEM گرفتــه شــده از نمونــه هــاي ســیلیکان متخلخــل می باشند. همان طور که در شکل ها نیز دیده می شود، با افـزایش زمان خوردگی میزان تخلخل و ضخامت لایه ي متخلخـل افـزایش می یابند.

شکل :(۵) تصویر SEM از سطح نمونه شماره .(۴)

شکل :(۲) تصویر SEM از بالا از نمونه شماره .(۱)

شکل :(۶) تصویر SEM از سطح مقطع نمونه شماره .(۱)

شکل :(۳) تصویر SEM از بالا از نمونه شماره .(۲)

شکل :(۷) تصویر SEM از سطح مقطع نمونه شماره .(۲)

شکل :(۴) تصویر SEM از بالا از نمونه شماره .(۳)

شکل (٨): تصویر SEM از سطح مقطع نمونه شماره (٣).

۲۰۹