psi prezentacija

Strukturai optička svojstva poroznog silicija: 

Struktura i optička svojstva poroznog silicija Vedran Đerek Sveučilište u Zagrebu, PMF – Fizički odsjek Mentor: dr. Mile Ivanda, IRB – Laboratorij za molekulsku fiziku

Uvod: 

Uvod PSi - otkriven 1956 (Uhlir) Mreža pora različitih promjera ugrađenih u sloj silicija Kristalni Si (cSi) je elektrokemijski jetkan u rastvorima fluorovodične kiseline (HF) Pri određenoj gustoći struje dolazi do lokalnog otapanja silicijevih atoma Formiran je porozni kristalni silicij (pSi) niske gustoće pSi pokazuje do pet redova veličine intenzivniju fotoluminiscenciju od kristalnog silicija Nanočestice silicija pokazuju intenzivnu fotoluminiscenciju

Slide3: 

Silicij na izolatoru 45 μm debeo sloj p-silicija na površini tanki 100 nm sloj SiO2 u sredini n-silicij kao podloga Kao supstrat pri jetkanju korištene su pločice silicija na izolatoru, tzv. “zakopani oksid” waferi Tok struje F- iona paralelan sa izolatorskim SiO2 slojem uzrokuje intenzivno jetkanje na granici Si-SiO2 Gornji sloj poroznog silicija (45 μm) se mehanički odvojio od ostatka pločice Dobiveni su tanki uzorci poroznog silicija

Slide4: 

Priprema uzoraka gustoća struje: 13 mA/cm2 vrijeme jetkanja: 30 minuta Koncentracije HF kiseline korištene za pripremu uzoraka: Uzorak postotak 48% HF u 96% etanolu Uzorak 1 25 Uzorak 2 50 Uzorak 3 100 Shema ćelije za elektrokemijsko jetkanje korištene u pripremi uzoraka Si + 6Hf H2SiF6 + H2 + H+ + 2e-

Slide5: 

Priprema uzoraka Ćelija za elektrokemijsko jetkanje korištena u pripremi uzoraka

Slide6: 

Karakterizcija uzoraka - SEM površina uzorka – gornja strana uzorak 1 uzorak 3 uzorak 2 Opažena je dramatična razlika između gornje i donje strane uzoraka pSi. Donja strana pokazuje bogatu poroznu strukturu SEM slike gornjih strana pokazuju brojne makropore – ulazne točke F- iona na mjestima dislokacijskih defekata kristala silicija

Slide7: 

uzorak 2 uzorak 1 površina uzorka – donja strana Karakterizcija uzoraka - SEM SEM slike donjih strana uzoraka 1 i 2 pokazuju visoko poroznu strukturu uz povećanu gustoću pora u odnosu na gornju stranu

Slide8: 

Karakterizacija – Raman spektroskopija Nanostrukture silicija u uzorku potvrđene su postojanjem TO i TA fononskih vrpci u Ramanovom spektru Proširenje cSi (TO) vibracijske vrpce na 520 cm-1, koje je indikacija fononskog sužanjstva pojačavalo se sa smanjivanjem koncentracije HF TA-slična fononska vibracijska vrpca na 150 cm-1 koja karakterizira kratkodosežno sužanjstvo također je opažena u Raman spektru uzoraka Zaključak U uzorcima je uočeno fononsko i kratkodosežno sužanjstvo Nanočestice pokazuju takve efekte nanočestice postoje u našim uzorcima Porozni silicij nano-žice silicija

Slide9: 

Fotoluminiscencija pSi Snimljen je spektar fotoluminiscencije (FL) gornjih strana uzoraka 1, 2 and 3 u vakuumu, zraku i u prisutstvu acetona (uzorak 1) Svi uzorci pokazuju šiljak u spektru FL u vidljivom spektralnom rasponu Uzorci pokazuju jaku osjetljivost na prisutstvo zraka i acetona u okolini u spektru FL kao varijacije u intenzitetu FL i izraženom spektralnom pomaku FL šiljka

Slide10: 

Fotoluminiscencija pSi U kristalnom siliciju nema direktne rekombinacije – cSi je indirect bandgap semiconductor Kvantno zatočenje - Načelo neodređenosti zahtjeva širenje valne funkcije u k-prostoru kod prostornog zatočenja, što omogućava direktnu rekombinaciju Površinski efekti - Rekombinacijski centri na površini (“dangling bonds”) omogućavaju radijativnu rekombinaciju - ovisnost fotoluminiscencije o površinskoj kemiji?

Slide11: 

Primjene? pSi laser pSi biosenzor pSi matrica kao fotonički kristal

Slide12: 

Eksploziv? Porozni Si ima veliku unutrašnju površinu (do 1000 m2/cm2) – brzina kemijskih reakcija u nanoporama može biti ekstremno brza. pSi sa porama ispunjenim tekućim i čvrstim oksidantima može se zapaliti električki ili optički. Sa 8 kJ/g eksplozivni pSi je jači od klasičnih eksploziva! Primjena: detonator za zračne jastuke pSi upaljač zračnog jastuka

Slide13: 

Zaključak Pokazana je metoda za pripremu tankih slojeva poroznog silicija koristeći pločice zakopanog oksida / silicija na izolatoru (burried oxide / silicon-on-insulator) u procesu elektrokemijskog jetkanja Dobiveni su uzorci sa porama mikrometarskih veličina različitih morfologija. Donja strana pripremljenih pSi uzoraka pokazala je povećanu poroznost i nehomogenu gustoću i morfologiju pora zbog pojačanog jetkanja duž Si-SiO2 granice Nanostrukture silicija potvrđene su Raman spektroskopijom Svi su uzorci pokazali jaki šiljak u spektru fotoluminiscencije uzoraka u vidljivom spektralnom rasponu Uzorci su pokazali jaku osjetljivost spektra fotoluminiscencije o prisutstvu zraka i acetona u okolini. Primjene Moguća izrada jednostavnih senzora kemikalija baziranih na poroznom siliciju – moguća primjena u znanosti, industriji, medicini, zaštiti okoliša itd.

Slide14: 

Hvala na pažnji!

Slide15: 

Hvala na pažnji!

Slide16: 

Hvala na pažnji!

Slide17: 

Hvala na pažnji!

Slide18: 

Hvala na pažnji!

Slide19: 

Hvala na pažnji!

Slide20: 

Hvala na pažnji!

Slide21: 

Hvala na pažnji!