Строение и состав композита пористого кремния с осажденной медью
Аннотация
Пористый кремний является перспективным наноматериалом для оптоэлектроники и сенсорики, так как имеет большую удельную поверхность и фотолюминесценцию в видимом диапазоне. Осаждение на поверхности пористого кремния частиц меди позволит значительно расширить сферу применения полученных нанокомпозитов. Выбор меди обусловлен тем, что она имеет низкое удельное электрическое сопротивление и обладает высоким сопротивлением к электромиграции по сравнению с другими металлами. Целью работы является изучение изменения строения и состава пористого кремния после химического осаждения меди.
Пористый кремний получен анодированием пластин монокристаллического кремния КЭФ (100) с удельным сопротивлением 0.2 Ом·см. Для травления пластин кремния использовали раствор HF в изопропиловом спирте с добавлением раствора H2O2. Пористость полученных образцов составляла около 70 %. Образцы пористого кремния погружали в раствор сульфата меди (CuSO4·5H2O) на 7 суток. Методами сканирующей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии и ультрамягкой рентгеновской эмиссионной получены данные о морфологии, составе исходного образца и образца с осажденной медью. При химическом осаждении меди на пористом кремнии наблюдается заметное искажение формы пор, а также образование больших полостей внутри пористого слоя, однако в нижней части морфология пор остается такой же, как и в исходном образце Установлено, что химическое осаждение меди на пористом кремнии приводит к проникновению меди в пористый слой, формированию композитной структуры и препятствует окислению пористого слоя при хранении. Таким образом, показано, что химическое осаждение меди на поверхность пористого кремния приводит к видимым изменениям морфологии и состава поверхности и, как следствие, должно оказывать существенное влияние на каталитические, электрические и оптические свойства материала.
Скачивания
Литература
Willander M., Nur O., Lozovik Yu E., … Klason P. Solid and soft nanostructured materials: Fundamentals and applications. Microelectronics Journal. 2005;36(11): 940–949. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2005.04.020
Ilyas N., Wang J., Li C., … Li W. Nanostructured materials and architectures for advanced optoelectronic synaptic devices. Advanced Functional Materials. 2022;3(2110976): 1–29. https://doi.org/10.1002/adfm.202110976
Ammar A. H., Farag A. A. M., Gouda M. A., Roushdy N. Performance of novel nanostructured thin films of 2-cyano-N-(9,10-dioxo-9,10-dihydro-anthracene-2-yl)-2-(2-phenylhydrazono)acetamide: Synthesis and optoelectronic characteristics. Optik. 2021;226(2): 165967–166009. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165967
Sicchieri N. B., Chiquito A. J., Gouveia R. C. Electronic and optoelectronic properties of intrinsic and cooper-doped germanium nanowire network devices. Materials Today: Proceedings. 2022;51(5):1872–1877. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.10.081
Zhang S., Wei S., Liu Z., … Zhang H. The rise of AI optoelectronic sensors: From nanomaterial synthesis, device design to practical application. Materials Today Physics. 2022;27 (100812): 1–26. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2022.100812
Zhao J.-H., Li X.-B., Chen Q.-D., Chen Z.-G., Sun H.-B. Ultrafast laser-induced black silicon, from micro-nanostructuring, infrared absorption mechanism, to high performance detecting devices. Materials Today Nano. 2020;11: 100078–100098. https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2020.100078
Ni Z., Zhou Sh., Zhao Sh., Peng W., Yang D., Pi X. Silicon nanocrystals: unfading silicon materials for optoelectronics. Materials Science and Engineering R. 2019;138: 85–117. https://doi.org/10.1016/j.mser.2019.06.001
Xu C., Ravi Anusuyadevi P., Aymonier C., Luque R., Marre S. Nanostructured materials for photocatalysis. Chemical Society Reviews. 2019;48: 3868–3902. https://doi.org/10.1039/C9CS00102F
Jesionowski T., Kuznowicz M., Jędrzak A., Rębiś T. Sensing materials: biopolymeric nanostructures. Encyclopedia of Sensors and Biosensors. 2023;2: 286–304. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822548-6.00015-7
Kumar V., Minocha N., Garg V., Dureja H. Nanostructured materials used in drug delivery. Materials Today: Proceedings. 2022;69(2): 174–180. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.08.306
Truong V. K., Kobaisi M. A., Vasilev K., Cozzolino D., Chapman J. Current perspectives for engineering antimicrobial nanostructured materials. Current Opinion in Biomedical Engineering. 2022;23: 100399. https://doi.org/10.1016/j.cobme.2022.100399
Khinevich N., Bandarenka H., Zavatski S., Girel K., Tamulevičienė A., Tamulevičius T., Tamulevičius S. Porous silicon - a versatile platform for mass-production of ultrasensitive SERS-active substrates. Microporous and Mesoporous Materials. 2021;323: 111204. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2021.111204
Alhmoud H., Brodoceanu D., Elnathan R., Kraus T., Voelcker N. H. Reprint of: A MACEing silicon: towards single-step etching of defined porous nanostructures for biomedicine. Progress in Materials Science. 2021;120: 100817, https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100817
Alhmoud H., Brodoceanu D., Elnathan R., Kraus T., Voelcker N. H. A MACEing silicon: towards single-step etching of defined porous nanostructures for biomedicine. Progress in Materials Science. 2021;116: 100636. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100636
Pan M., Yang J., Liu K., … Wang S. Noble metal nanostructured materials for chemical and biosensing systems. Nanomaterials. 2020;10(2): 209. https://doi.org/10.3390/nano10020209
Saini A., Abdelhameed M., Rani D., … Dutta M. Fabrication of periodic, flexible and porous silicon microwire arrays with controlled diameter and spacing: Effects on optical properties. Optical Materials. 2022;134 (A): 113181. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.113181
Sun X., Sharma P., Parish G., Keating A. Enabling high-porosity porous silicon as an electronic material. Microporous and Mesoporous Materials. 2021;312: 110808. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110808
Aksimentyeva O. I., Tsizh B. R., Monastyrskii L. S., Olenych I. B., Pavlyk M. R. Luminescence in porous silicon – poly(para–phenylene) hybrid nanostructures. Physics Procedia. 2015;76: 31–36. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.10.006
Goryachev D. N., Belyakov L. V., Yeltsina O. S., Vainshtein J., Sreseli O. M. On the metal-assisted chemical etching of nanoporous silicon. ECS Meeting Abstracts. 2012;MA2012-02(26): 2372–2372. https://doi.org/10.1149/MA2012-02/26/2372
Taurbayev Y. T., Gonchar K. A., Zoteev A. V., Timoshenko V., Zhanabayev Z. Zh., Nikulin V. E., Taurbayev T. I. Electrochemical nanostructuring of semiconductors by capillary-cell method. Key Engineering Materials. 2010;442: 1–6. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.442.1
Spivak Yu. M., Belorus A. O., Somov P. A., Tulenin S. S., Bespalova K. A., Moshnikov V. A. Porous silicon nanoparticles for target drag delivery: structure and morphology. Journal of Physics: Conference Series. 2015;643: 012022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/643/1/012022
Belkacem W., Belhi R., Mliki N. Magneto-optical properties of cobalt nanoparticles in porous silicon. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022;563: 169882. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169882
Grevtsov N., Chubenko E., Bondarenko V., Gavrilin I., Dronov A., Gavrilov S. Electrochemical deposition of indium into oxidized and unoxidized porous silicon. Thin Solid Films. 2021;734: 138860. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138860
Ensafi A. A., Abarghoui M. M., Rezaei B. Electrochemical determination of hydrogen peroxide usingcopper/porous silicon based non-enzymatic sensor. Sensors and Actuators B. 2014;196: 398–405. https://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2014.02.028
Moshnikov V. A., Gracheva I., Lenshin A. S., Spivak Y. M., Anchkov M. G., Kuznetsov V. V., Olchowik J. M. Porous silicon with embedded metal oxides for gas sensing applications. Journal of Non-Crystalline Solids. 2012;358: 590–595. http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2011.10.017
Save D., Braud F., Torres J., Binder F., Müller C., Weidner J. O., Hasse W. Electromigration resistance of copper interconnects. Microelectronic Engineering. 1997;33 (1-4): 75–84. https://doi.org/10.1016/S0167-9317(96)00033-0
Al-Jumaili B. E. B., Talib Z. A., Ramizy A., … Lee H. K. Formation and photoluminescence properties of porous silicon/copper oxide nanocomposites fabricated via electrochemical deposition technique for photodetector application. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 2021,16: 297–310. https://doi.org/10.15251/DJNB.2021.161.297
Huang Y. M. Photoluminescence of copper-doped porous silicon. Applied Physics Letters. 1996;69(19): 2855. https://doi.org/10.1063/1.117341
Ensafi A. A., Mokhtari Abarghoui M., Rezaei B. A new non-enzymatic glucose sensor based on copper/porous silicon nanocomposite. Electrochimica Acta. 2014,123: 219–226. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.01.031
Ensafi A. A., Abarghoui M. M., Rezaei B. Electrochemical determination of hydrogen peroxide using copper/porous silicon based non-enzymatic sensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 2014,196: 398–405. https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.02.028
Ozdemir S., Gole J. L. A phosphine detection matrix using nanostructure modified porous silicon gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical. 2010;151(1): 274-280. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.08.016
Darwich W., Garron A., Bockowski P., Santini C., Gaillard F., Haumesser P.-H. Impact of surface chemistry on copper deposition in mesoporous silicon. Langmuir. 2016;32(30): 7452–7458. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b00650
Kashkarov V. M., Len’shin A. S., Popov A. E., Agapov B. L., Turishchev S. Yu. Сomposition and structure of nanoporous silicon layers with galvanically deposited Fe and Co. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2008;72(4): 453–458. https://doi.org/10.3103/s1062873808040084
Canham L. Handbook of porous silicon. Springer Cham; 2018., 1613 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71381-6
Manukovsky E. Yu. Electronic structure, composition and photoluminescence of porous silicon*. Cand. phys.-math sci. diss. Voronezh, VSU; 1999. (In Russ.). Available at: https://www.dissercat.com/content/elektronnaya-struktura-sostav-i-fotolyuminestsentsiya-poristogo-kremniya
Kashkarov V., Nazarikov I., Lenshin A., Terekhov … Domashevskaya E. Electron structure of porous silicon obtained without the use of HF acid. Physica Status Solidi (C) Current Topics in Solid State Physics. 2009;6 (7): 1557–1560. https://doi.org/10.1002/pssc.200881019
Len’shin A. S., Kashkarov V. M., Domashevskaya E. P., Seredin P. V., Bel’tyukov A. N., Gil’mutdinov F. Z. Composition of nanocomposites of thin tin layers on porous silicon, formed by magnetron sputtering. Physics of the Solid State. 2017;59(4): 791–800. https://doi.org/10.1134/S1063783417040138
Terekhov V. A., Kashkarov V. M., Manukovskii E. Yu., Schukarev A. V., Domashevskaya E. P. Determination of the phase composition of surface layers ofporous silicon by ultrasoft X-ray spectroscopy and X-ray photoelectronspectroscopy techniques. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 2001; 114–116: 895–900. https://doi.org/10.1016/S0368-2048(00)00393-5
Len’shin A. S., Kashkarov V. M., Tsipenyuk V. N., Seredin P. V., Agapov B. L., Minakov D. A., Domashevskaya E. P. Optical properties of porous silicon processed in tetraethyl orthosilicate. Technical Physics. 2013;58(2): 284–288. https://doi.org/10.1134/S1063784213020151
Lenshin A. S., Seredin P. V., Kashkarov V. M., Minakov D. A. Origins of photoluminescence degradation in porous silicon under irradiation and the way of its elimination. Materials Science in Semiconductor Processing. 2017;64: 71–76. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.03.020
Turishchev S. Yu., Lenshin A. S., Domashevskaya E. P., Kashkarov V. M., Terekhov V. A., Pankov K. N., Khoviv D. A. Evolution of nanoporous silicon phase composition and electron energy structure under natural ageing. Physica Status Solidi C. 2009;6(7): 1651–1655. https://doi.org/10.1002/pssc.200881015
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
