2.2.1. Пористий кремній.

Існує група матеріалів з природною наноструктурою, що робить їх дуже потрібними для використання в наноелектронних і оптоелектронних пристроях. Серед таких матеріалів – пористий кремній, пористий оксид алюмінію та вуглецеві нанотрубки.

Пористий кремній

Кремнієві наноструктури, які складаються із квантових шнурів і квантових точок, утворюються в пористому кремнії, що отримується локальним анодним електрохімічним розчиненням монокристалічного кремнію в електролітах на основі кислоти HF. Пористий кремній володіє унікальними фізичним і хімічними властивостями, які визначаються густою сіткою нанорозмірних пор в кристалічній матриці і розвинутою внутрішньою поверхнею цих пор. Квантові обмеження і поверхневі ефекти в наноструктурах пористого кремнію приводять до того, що цей матеріал, на відміну від монокристалічного кремнію, веде себе як напівпровідник, демонструючи достатньо інтенсивну фото- і електролюмінесценцію. Це використовується при створенні світловипромінюючих приладів.

Найпростіша комірка для проведення електрохімічної обробки складається з хімічно інертної ванни, наповненої розчином HF, в який поміщають кремнієву пластинку і платиновий електрод. Процес електрохімічної обробки проводять при визначеній густині анодного струму, що дозволяє отримати потрібну пористість, товщину пористого шару.

Формування пористого шару з доброю однорідністю і тільки з однієї сторони досягається в електрохімічній комірці з плоским електричним контактом вздовж всієї поверхні кремнієвої пластинки. В такій комірці з електролітом дотикається тільки одна сторона пластинки, а металічний чи графітовий контакт притискається з іншої.

Властивості пористого шару, такі як пористість, товщина, розмір і структура пор залежать від властивостей кремнію і умов анодування. Найбільш значними факторами є: тип провідності, питомий опір, кристалографічна орієнтація кремнію, концентрація кислоти в електроліті, температура, густина анодного струму, освітленість поверхні, тривалість анодної обробки.

Шар пористого кремнію може мати два типи структури: 1) утворений у водному розчині кислоти HF; 2) утворений у концентрованій кислоті HF. Перший характеризується тим, що канали пор мають більш упорядковану деревоподібну структуру, проростаючу з поверхні в об’єм. Такі пори формуються у монокристалічному кристалі n-типу. Другий тип структури пористого шару характеризується хаотичним розміщенням пор, які перетинаються, що є типовим для пористих шарів р-типу монокристалічного кремнію.

В проміжках між порами кремній зберігає свою вихідну структуру. Таким чином пори самі по собі та їх перерізи створюють наноструктури у вигляді нанокристалічних кластерів чи шнурів. Виділення яких-небудь наноструктур із пористого шару є неможливим. Тому практичне застосування пористого кремнію обмежується оптичними і оптоелектронними приладами.