Оптические и электрические характеристики кремниевых нанопроволок, полученных методом химического травления

Фон

Физические свойства наноматериалов значительно отличаются от свойств их массивных аналогов и в первую очередь зависят от их размера и формы. Например, объемный кремний излучает слабую инфракрасную фотолюминесценцию, поскольку обладает непрямой запрещенной зоной [1]. Эта непрямая запрещенная зона предотвращает эффективную межзонную излучательную рекомбинацию. Поэтому вводятся одномерные (1D) структуры, такие как кремниевые нанопроволоки (КНН), поскольку они способны эффективно излучать за счет фотовозбуждения из-за квантовых размерных эффектов. В ограниченных размерах наноматериалов ограниченное движение электронов способствует улучшению электрических свойств их устройств [2].

Формирование одномерных наноструктур Si обеспечивает новые свойства устройства, такие как эффективный перенос заряда и контролируемые оптические свойства. КНН являются многообещающими кандидатами для будущей наноэлектроники и особенно оптоэлектронных устройств из-за их замечательных электрических, оптоэлектронных и механических свойств [3, 4]. Следовательно, большое количество исследований было сосредоточено на использовании SiNW в широком спектре приложений [5].

Существует множество методов изготовления SiNW, включая подходы как сверху вниз, так и снизу вверх. Однако у всех этих методов есть свои преимущества и недостатки. Среди различных методов наиболее распространенным является механизм роста пар-жидкость-твердое тело (VLS), который был впервые предложен Вагнером в 1960-х годах во время его исследований роста крупных монокристаллических вискеров [6]. С тех пор многие исследователи создали КНН с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD) [7, 8], лазерной абляции [9], термического испарения [10] и молекулярно-лучевой эпитаксии [11]. Однако эти восходящие методы обычно требуют сложного оборудования, высокой температуры, высокого вакуума и опасных прекурсоров кремния, что резко увеличивает стоимость процессов. Более того, производство КНН на больших площадях невозможно из-за ограничений используемых установок для выращивания [12]. Поэтому в качестве перспективного метода синтеза был предложен простой метод - метод химического травления. О первом внедрении химического травления Si с помощью металла было сообщено в 1997 году, когда пористый Si был изготовлен путем травления Si-подложки с алюминиевым (Al) покрытием в растворе плавиковой кислоты (HF), HNO ₃ , и H ₂ О [13]. С тех пор многие исследователи использовали аналогичные методы для изготовления массивов SiNW с использованием различных систем травильных растворов, таких как HF / AgNO ₃ или HF / H ₂ О ₂ / AgNO ₃ [5, 12, 14,15,16,17,18,19,20].

Первая часть этой работы сосредоточена на изготовлении SiNW с желаемой структурой, такой как хорошо выровненные, высокоплотные и высокоднородные структуры с точки зрения размера, длины и распределения. КНН были изготовлены методом химического травления кремниевой пластины в смешанном растворе плавиковой кислоты и нитрата серебра (HF / AgNO ₃ система). Во время травления кремниевой пластины селективная область вытравливается, а остальная часть сохраняется, и, следовательно, формируются вертикально ориентированные проволочные структуры в наноразмерном диапазоне. После травления осадок серебра на КНН необходимо полностью удалить, прежде чем переходить к следующим процессам. Это связано с тем, что осадок серебра может действовать как барьер и влиять на свойства (особенно оптические и электрические свойства) SiNW. Наконец, изготовленные КНН были охарактеризованы по их микроструктуре, элементному составу, морфологии, а также оптическим и электрическим свойствам.

Хотя многие исследователи исследовали оптические свойства КНН, большинство из них используют измерения коэффициента пропускания для определения энергии запрещенной зоны. В данной работе оптические свойства КНН, полученных методом химического травления в HF / AgNO ₃ были определены из измерений коэффициента отражения. Кроме того, электрические характеристики КНН были исследованы с помощью измерений проводящей атомно-силовой микроскопии (АСМ).

Методы

Изготовление SiNW

КНН были синтезированы методом химического травления с использованием металла с использованием кремниевых пластин с ориентацией (100), легированного фосфором, или пластин Si (100) n-типа. Удельное сопротивление пластин составляло от 0,75 до 1,25 Ом · см, толщина - 500–550 мкм. Пластины Si были поставлены компанией Siltronix Silicon Technologies, Франция. Затем пластины были последовательно очищены ультразвуком в ацетоне, этаноле, деионизированной воде и кипящем растворе пираньи (H ₂ SO ₄ :H ₂ О ₂ =4:1; v / v ) в течение 30 мин. Очищенные пластины промывали деионизированной водой и, наконец, погружали в раствор HF на 20 с с последующей промывкой деионизированной водой для удаления естественных оксидов.

Раствор ванны для процесса химического травления был приготовлен путем смешивания 5 M раствора HF с 0,01 M AgNO ₃ решение. HF был поставлен JT Baker с чистотой 48%, класс CMOS. Кроме того, AgNO ₃ был поставлен QREC с чистотой более 99%.

Предварительно очищенные подложки Si погружали в подготовленный раствор травителя (химическое травление с использованием металла). Температура травления составляла 60 ° C, время травления - 60 мин [21]. Процесс травления проводился в герметичном тефлоновом сосуде внутри вытяжного шкафа HF. После травления подложки Si были быстро промыты несколько раз деионизированной водой с последующей ультразвуковой очисткой в ​​течение 15 минут в 3 моль / л царская водка раствор для удаления отложений серебра с образца. Раствор царской водки представляет собой смесь азотной кислоты (HNO ₃ ) и соляной кислоты (HCl) в объемном соотношении 1:3. Образцы снова промывали деионизированной водой и сушили. HNO ₃ с чистотой 65% был поставлен LABSCAN, а HCl класса CMOS был поставлен MERCK с концентрацией 12 моль / л.

Характеристики

Микроструктуру, морфологию и химический состав образцов характеризовали с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM), оснащенной энергодисперсионным рентгеновским (EDX) спектрометром (Zeiss Supra 35 VP) и просвечивающим электронным микроскопом (TEM) (Philips CM12). Спектрофотометр PerkinElmer Lambda 35 в ультрафиолетовой и видимой областях был использован для исследования коэффициента отражения в диапазоне 200–1100 нм. Топография поверхности и электрические характеристики КНН исследовались методом АСМ на коммерческой серии Seiko SPI 3800N с микроскопом SPA-300HV [22, 23]. Я - V измерения в выбранных точках проводились методом АСМ в контактном режиме с использованием токопроводящего наконечника зонда АСМ (с золотым покрытием, ∅ _TIP ≈ 20 нм) путем подачи напряжения прямого смещения в диапазоне от 0 до 2 В на наконечник АСМ.

Результаты и обсуждение

Микроструктуры

На рис. 1 показаны СЭМ-изображения (а) предварительно очищенной подложки n-Si (100) перед травлением и (b) подложки n-Si (100), протравленной при 60 ° C в течение 60 мин в 5 M HF. Силиконовая пластина без покрытия имеет гладкую зеркальную поверхность, свободную от загрязнений (рис. 1а). Образование мезопористых структур зафиксировано на подложке Si, протравленной в растворе HF (рис. 1б). HF хорошо известен как раствор травителя для оксида кремния, и, таким образом, образование пор на поверхности Si может быть связано с травлением его естественного оксида. Однако скорость травления очень низкая.

SEM-изображения a предварительно очищенную кремниевую пластину и b пластина Si, протравленная в 5 M HF без AgNO ₃ решение

КНН были успешно сформированы методом химического травления с использованием серебра кремниевой пластины в растворе, содержащем 5 M HF и 0,01 M AgNO ₃ . при 60 ° C в течение 60 мин. На рис. 2 показано СЭМ-изображение подложки после процесса травления. Вертикально ориентированные массивы КНН формировались на подложке при введении ионов серебра в раствор травителя. Помимо нанопроволок на КНН были обнаружены дендриты серебра. Они либо наносятся на концы проводов, либо на дно подложки.

СЭМ-изображение, показывающее образование КНН с дендритами серебра после процесса химического травления (перед очисткой царской водки)

Образование пористого кремния на ранней стадии изготовления КНН в растворе ионного травителя металлов инициируется генерацией дырок. В качестве акцептора дырок предполагается поверхностная связь Si-H [24]. Травление кремния и осаждение серебра происходят одновременно на поверхности кремниевой пластины. Осажденные атомы серебра сначала образуют зародыши, а затем образуют нанокластеры, распределенные по поверхности кремниевой пластины. Эти нанокластеры серебра и области Si, окружающие эти ядра серебра, могут действовать как локальные катоды и аноды, соответственно, в процессе электрохимической окислительно-восстановительной реакции, которую можно сформулировать как две реакции полуячейки:

Многочисленные автономные электролитические ячейки нанометрового размера были спонтанно собраны на поверхности Si. Во время осаждения серебра нанокластеры серебра, которые действуют как катоды, были успешно сохранены, в то время как окружающий кремний, который действует как анод, был вытравлен [12, 14, 25, 26].

На рис. 3 представлены СЭМ-микрофотографии массивов КНН, изготовленных методом химического травления и после очистки в растворе царской водки. Матрицы КНН высокой плотности можно наблюдать с разных точек зрения:вид под углом 45 ° (рис. 3a), вид сверху (рис. 3b, c) и вид в разрезе / сбоку (рис. 3d). Кроме того, все массивы SiNW хорошо выровнены в вертикальном направлении, что соответствует ориентации подложки кремниевой пластины в направлении (100). Как показано на поперечном сечении КНН на рис. 3d, средняя глубина травления составляет приблизительно 20 мкм, что соответствует длине КНН, тогда как диаметр находится в диапазоне от 20 до 300 нм.

СЭМ-изображения массивов КНН, изготовленных методом химического травления: a Угол обзора 45 °, b , c вид сверху, d поперечный разрез / вид сбоку

Простая модель образования SiNW во время химического травления Si с использованием металла серебра была представлена ​​Smith et al. [16]. Когда Si погружен в HF / Ag ⁺ В растворе наночастицы серебра немедленно зарождаются и быстро растут. На начальной стадии зародышеобразования отдельные полусферические частицы практически изолированы на поверхности Si и растут независимо. Зарождение и рост серебра - это высокодинамичный процесс, позволяющий серебру растворяться, повторно откладываться и / или перемещаться по поверхности в более энергетически благоприятные участки. Еще один комплексный механизм формирования пористых КНН путем травления пластин Si в HF / AgNO ₃ был предложен Ли и др. [18]. Пористые структуры внутри КНН были объяснены окислением Si, вызванным наночастицами Ag. Было обнаружено, что более высокая концентрация HF была благоприятной для роста КНН, а на формирование КНН существенное влияние оказало Ag ⁺ концентрация ионов.

Ли и др. [17] также сообщили о создании нанопроволок пористого кремния (PSiNW) с использованием раствора травителя HF / H ₂ О ₂ / AgNO ₃ . В этой системе H ₂ О ₂ частицы заменяют Ag + в качестве окислителя, а наночастицы Ag действуют как катализаторы во время травления. Обнаружена иная морфология КНН, при которой вся нанопроволока покрыта многочисленными пористыми структурами. Они обнаружили, что пористость можно контролировать, регулируя концентрацию H ₂ О ₂ [17].

В прошлом предполагалось, что травление с помощью металла изотропно и что благородный металл всегда катализирует травление в вертикальном направлении относительно поверхности подложки [27,28,29]. Позже эксперименты показали, что травление было в основном анизотропным, поскольку для подложек (111) и (110) происходило неравномерное травление, что приводило к наклонным, выровненным КНН [30,31,32]. Это анизотропное травление вдоль определенных предпочтительных кристаллографических направлений было приписано теории разрыва обратной связи [33, 34]. Во время травления необходимо разорвать обратные связи поверхностного атома, который соединяется с нижележащими атомами, для активации реакции окисления и растворения на поверхности. Количество обратных связей определяется кристаллографической ориентацией подложки [29]. Каждый атом на поверхности подложки (100) имеет две обратные связи, тогда как на поверхностях (110) и (111) каждый атом имеет три обратные связи. Следовательно, изготовление КНН на подложках (100) проще, чем на других [35].

Элементная композиция

На рис. 4 показаны результаты EDX-анализа массивов КНН до и после ультразвуковой очистки раствором царской водки. Результаты показывают, что элементы, содержащиеся в образцах, в основном представляют собой Si и Ag. Серебро явно осаждалось на конце проволоки, а также в углублении между проволоками после процесса травления. Как показано на рис. 4а, было обнаружено большое количество серебра (примерно 11,04 ат.% Ag). Однако после очистки в растворе царской водки была получена композиция, состоящая из чистого кремния (100 ат.% Si) (рис. 4b).

Результаты EDX-анализа массивов КНИН после процессов травления: а перед очисткой царской водки (88,96 ат.% Si и 11,04 ат.% Ag) и b после очистки царской водки (100,00 ат.% Si и 0,00 ат.% Ag)

Размер и форма SiNW

Как сообщалось ранее, наиболее подходящая концентрация травителя составляет 0,01 моль / л для AgNO ₃ . и 5,0 моль / л для HF. Однако одной из основных проблем этого метода является то, что сформированные нанокластеры серебра имеют тенденцию беспорядочно осаждаться на поверхности подложки Si. Это явление усложняет настройку однородности, совмещения, длины и диаметра изготовленных нанопроволок. Более того, было обнаружено, что нанокластеры серебра, осажденные на поверхности кремниевой пластины, имеют различные размеры и формы, поскольку случайные пути для контакта с выбранной затравкой позволяют частицам диффундировать и прилипать к сформированной структуре. Это привело к формированию массивов КНН неоднородного размера и формы [5, 12, 15,16,17,18,19,20, 28, 36,37,38].

В общем, морфология структур Si, подвергнутых химическому травлению, определяется формой отложений Ag-катализатора. Хорошо разделенные частицы Ag обычно приводят к четко очерченным порам, тогда как протравленные структуры могут развиваться из пор в структуры, похожие на стенки или проволоку, когда частицы Ag осаждаются в пучках [29]. Другими словами, каталитическая активность иона Ag определяется открытыми гранями. Таким образом, разумно, что структура нанопроволоки не создавала ни отдельной отдельной проволоки, ни структуры, похожей на стену, а представляла собой смесь того и другого.

На рис. 5 показана морфология КНН. ПЭМ-анализ проводился на КНН, предварительно снятых с подложки. Результаты показывают, что размер (диаметр) КНН находится в диапазоне от 20 до 200 нм (рис. 5а). Были обнаружены КНН различной формы, включая круглую форму (рис. 5b), прямоугольную форму (рис. 5c) и треугольную форму (рис. 5d). Изменение формы продуктов КНН связано с неоднородным образованием отложений серебра на поверхности подложки Si. Размер и форму SiNW можно хорошо контролировать, управляя геометрической формой, размером и положением локальных катодов (нанокластеров серебра). Этого можно добиться с помощью химического травления с использованием подходящего шаблона, например монослоя полистирольных сфер [39]. Результаты аналогичны образованию упорядоченных сотовых структур при анодировании [40, 41].

ПЭМ-изображения свободных SiNW: a пучок КНН различных размеров и форм, б КСНС круглой формы, c SiNW прямоугольной формы и d SiNW треугольной формы

Оптические свойства

Изготовление SiNW - это метод модификации поверхности, направленный на минимизацию отражения падающего света и максимальное увеличение поглощения. По наблюдениям, КНН на Si-подложке выглядят черными по сравнению с голой Si-пластиной, которая имеет блестящую поверхность. Антиотражательная природа SiNW привлекла внимание, поскольку одним из основных механизмов потери энергии солнечных элементов является оптическое отражение; Использование этих наноструктур в фоточувствительных устройствах может устранить необходимость в просветляющих покрытиях [5, 19, 20, 28]. Для количественной оценки оптических свойств изготовленных КНН использовался спектрофотометр ультрафиолетового и видимого (УФ-видимого) диапазона для измерения отражательной способности образцов.

На рисунке 6 показано изменение коэффициента отражения ( R ) в зависимости от длины волны ( λ ) падающего излучения на подложку Si и массивы КНН. Измерения были получены путем освещения образцов излучением, изменяющимся от ультрафиолетовой (УФ) до инфракрасной (ИК) области с длинами волн от 200 до 1100 нм. Хорошо видно, что коэффициент отражения SiNW намного ниже, чем у их аналога из голых кремниевых пластин.

Отражение ( R ) от длины волны ( λ ) для подложки Si и массивов КНН

Как видно из рис. 6, спектр отражения массивов КНН выглядит довольно стабильным (почти пологая кривая) в видимой и ближней ИК областях (400–1100 нм). Это просто указывает на то, что массивы КНН очень чувствительны к видимому и ближнему ИК-излучению. Этот диапазон длин волн (400–1100 нм) важен для применения в фоточувствительных устройствах. Средний коэффициент отражения массивов КНН составляет примерно 12% в видимой области и 10% в ИК-области. Однако подложка из кремния дает гораздо более высокий средний коэффициент отражения. Максимальный коэффициент отражения подложки Si составляет 65,1%, что намного выше максимального коэффициента отражения SiNW (19,2%) в том же диапазоне длин волн (ближняя УФ-область). Кроме того, минимальный коэффициент отражения КНН составляет примерно 3,5% в ближней УФ-области и 9,8% в видимой и ближней ИК-областях. Подробное сравнение отражательной способности в УФ, видимой и ИК областях суммировано в Таблице 1. Результаты показывают, что изменение морфологии поверхности Si-подложки с целью формирования КНН успешно уменьшило потери на отражение падающего излучения в широком спектральном диапазоне. Это свойство отвечает требованиям к применению КНН в светочувствительных устройствах, способных эффективно обнаруживать падающий свет.

Результаты согласуются с ранее опубликованными результатами по отражательной способности [19, 20, 42]. Jia et al. [42] обнаружили, что коэффициент отражения черного Si (голый Si, протравленный с помощью различных обработок после травления) составляет примерно 10% во всем видимом спектре, а также в ближней УФ и ближней ИК областях. Кроме того, коэффициент отражения полированной пластины без антиотражающего покрытия варьируется от 30 до 50% в том же диапазоне длин волн [42]. Ли и др. [19] сообщили, что нанотекстурированный поликристаллический кремний (mc-Si) демонстрирует выдающуюся антиотражающую способность примерно 5,6%. Этот результат был получен для пластины Si, протравленной в HF / H ₂ О ₂ / AgNO ₃ в оптимальных условиях производства. Более того, антиотражающие свойства постепенно увеличиваются с увеличением однородности массивов нанопроволок, которая уменьшается, когда длина нанопроволоки слишком велика, что приводит к агломерации нанопроволок. Аналогичные или даже лучшие результаты были получены для SiNW, обработанных KOH для дальнейшего снижения потерь отражения. В этих условиях могут быть получены крупномасштабные массивы КНН со сверхнизкой просветляющей способностью ~ 3,4% [20].

Несколько десятилетий назад потери на отражение отслеживались с помощью антиотражающего покрытия. Однако эти покрытия имеют резонансную структуру и эффективно работают только в ограниченном спектральном диапазоне и при определенных углах падения [28]. КНН представляют собой поверхностные рельефные структуры с размерами меньше длины волны падающего света. Волны с длиной, превышающей диаметр нанопроволоки, проходят через образец и поглощаются только многократным диффузным рассеянием. В более длинноволновой области минимальное отражение связано с высокой дифракцией света между КНН [43]. Эти глубокие профили могут существенно подавить френелевское отражение в широкой спектральной полосе [28]. Кроме того, массивы КНН демонстрируют сильное оптическое поглощение из-за эффектов захвата света и эффектов оптической антенны, что приводит к подавлению оптического отражения [44].

Многие исследователи утверждали, что нанопроволоки с морфологией, отличной от основной, вызывают уширение запрещенной зоны, которое объясняется широким спектром поглощения и диапазоном оптического пропускания. Применяя метод Кубелки-Мунка [K-M или F (R)] [45], ширина запрещенной зоны образца может быть определена с помощью следующего уравнения:

где R - коэффициент отражения, а F (R) пропорционален коэффициенту экстинкции ( α ). В этой работе [F (R) * hv ] ⁿ от энергии фотона ( hν ) для Si-подложки и КНН, где h постоянная Планка (4,1357 × 10 ⁻¹⁵ эВ · с), v - частота света, а n - коэффициент, связанный с электронным переходом (2 для прямых разрешенных переходов и 1/2 для непрямых разрешенных переходов). Путем продолжения касательной линии градиента за пределы x -axis, точка, в которой линия пересекается с x -axis - расчетная энергия запрещенной зоны образца.

На рисунке 7 показаны графики (F (R) * hν ) ^1/2 в зависимости от энергии фотона ( hν ) для подложки Si и КНН. Было обнаружено, что ширина запрещенной зоны SiNW немного выше, чем у их аналогов из голых кремниевых пластин. Расчетная ширина запрещенной зоны, E _g , составляет примерно 1,15 эВ для подложки Si и примерно 1,20 эВ для КНН. Эти результаты согласуются с результатами Kurokawa et al. [39]. Эта группа сообщила, что ширина запрещенной зоны массивов КНН составляет приблизительно 1,2 эВ, как было получено из измерений катодолюминесценции. Явление расширения запрещенной зоны можно объяснить эффектом квантового ограничения (QC). Согласно теории QC, ширина запрещенной зоны должна увеличиваться с уменьшением размера наноструктуры и приводить к синему смещению [46].

Участок (F (R) * hν ) ^1/2 в зависимости от энергии фотона ( hν ) для подложки Si и массивов КНН

Ng et al. В [47] сообщается, что ширина запрещенной зоны КНН увеличивается с уменьшением диаметра структуры нанопроволоки. Более того, высокое отношение площади поверхности к объему позволило КНН иметь прямую запрещенную зону, которая становилась все более впечатляющей при уменьшении диаметра проволоки [48]. Проволоки Si малого диаметра имеют прямую запрещенную зону. Ширина запрещенной зоны более 2,5 эВ была получена для КНН диаметром примерно 1 нм, как определено расчетами по теории функционала плотности [48]. Ли и Бон [49] продемонстрировали изготовление светоизлучающих устройств с использованием пористого Si, полученного методом химического травления с использованием металла. Они обнаружили, что большая площадь поверхности приводит к сдвигу запрещенной зоны, а также к эффективным люминесцентным свойствам пористых наноструктур [49].

Электрические свойства

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) использовалась для характеристики топографии поверхности и электрических свойств синтезированных КНН. В АСМ небольшой зонд сканируется по образцу, и информация о поверхности образца собирается из взаимодействия зонда с поверхностью. Полученные результаты представляют собой физическую топографию и измерения физических, магнитных и химических свойств образца. Измерения АСМ основаны на отклонении кантилевера при изменении топографии поверхности образца и изменении межатомных сил между наконечником зонда и поверхностью образца.

Для построения изображения топографии поверхности использовался бесконтактный режим работы; однако для электрических измерений применялась АСМ в контактном режиме [22, 23, 50]. В этой работе для получения зависимости тока от напряжения ( I - V ) характеристики и топография поверхности массивов КНН. На рисунке 8 показана схематическая диаграмма экспериментальной установки для I - V характеристика. В этом эксперименте проводящий зонд АСМ (наконечник с золотым покрытием, радиус приблизительно 10 нм, силовая константа 40 Нм ⁻¹ , и резонансная частота 300 кГц) контактировал с верхним концом SiNW посредством работы АСМ в контактном режиме. Повышенное напряжение от 0 до 2 В.

Принципиальная схема экспериментальной установки для электрических измерений методом АСМ

На рис. 9 показаны СЭМ-изображение вида сверху и 2D-изображение топографии АСМ вертикально выровненных массивов КНН в области сканирования 1,5 × 1,5 мкм. Можно наблюдать как отдельные, так и сгруппированные нанопроволоки. По изображению топографии было установлено, что шероховатость поверхности от пика до впадины составила 722,7 нм при средней шероховатости 127,4 нм.

СЭМ- и АСМ-изображения вертикально ориентированных КНН. Для электрических измерений методом АСМ был выбран провод треугольной формы

На рисунке 10 показан I - V характеристические кривые при различных положениях иглы на вершине отдельно стоящей КНН. Характеристики соответствуют резистору, а нанопроволока имеет линейное омическое поведение во всех точках для прямого смещения до 2,0 В. В этом случае глубина травления (длина нанопроволоки) составляет примерно 722,7 нм, как оценивается по пиковым значениям. шероховатость поверхности до впадины (см. изображение АСМ на рис. 9). Электрическое сопротивление можно определить по наклону I - V характеристические кривые на рис. 10.

I – V кривые индивидуального автономного КНН, измеренные методом АСМ. Характеристики соответствуют поведению резистора. вставка показывает область сканирования АСМ и положения зонда АСМ для электрических измерений

Удельное сопротивление, ρ , можно получить из закона Ома:

где R сопротивление, A - площадь контакта, соответствующая площади наконечника АСМ, а L длина провода. Используя длину проволоки (722,7 нм) из изображения АСМ и радиус вершины наконечника АСМ (приблизительно 10 нм), было найдено, что среднее удельное сопротивление составляет 33,94 Ом · см. Для получения дополнительной информации см. Рассчитанные сопротивление и удельное сопротивление в таблице 2. Этот результат намного выше, чем удельное сопротивление SiNW, сообщенное Bauer et al., Где они получили удельное сопротивление 0,85 Ом · см для нанопроволок, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на пленке. нет + кремниевая подложка [51].

Выводы

Массивы КНН были успешно изготовлены методом химического травления пластины n-Si (100) в HF / AgNO ₃ . Метод изготовления - это простой, одноэтапный и недорогой процесс, не требующий сложного оборудования или процедур. Размер (диаметр) КНН составляет от 20 до 200 нм. Обнаружены КНН различной формы, включая круглую, прямоугольную и треугольную. Предполагается, что изменение формы КНН связано с неоднородным зарождением серебра на поверхности подложки Si. Низкий коэффициент отражения менее 10% был получен в ближней УФ-области и ближней ИК-области. Thus, it was proven that the SiNWs can be used for antireflection applications over a broad spectral range. The band gap energy of the SiNWs is slightly higher than that of the Si substrate. Contact-mode AFM using a gold-coated tip was successfully applied for the electrical measurement of the SiNWs. The I–V characteristics of a freestanding SiNW show linear ohmic behavior. The average resistivity of a SiNW is approximately 33.94 Ω cm.

Сокращения

AFM:

Атомно-силовая микроскопия

AgNO₃ :

Silver nitrate

EDX:

Energy dispersive X-ray

FESEM:

Field-emission scanning electron microscopy

HCl:

Hydrochloric acid

HF:

Hydrofluoric acid

HNO₃ :

Nitric acid

I - V :

Current–voltage

SiNWs:

Silicon nanowires

ТЕМ:

Просвечивающая электронная микроскопия