Van zonnecellen die meer licht opvangen, tot medische hulpmiddelen die bestand zijn tegen kolonisatie door bacteriën; er zijn veel toepassingen voor materialen met een borstelige coating van silicium nanodraden. Het maken van deze nanogestructureerde siliciumoppervlakken kan een uitdaging zijn, maar A * STAR-onderzoekers hebben nu ontdekt hoe ze ten minste één route kunnen beheersen.

Metal-assisted chemical etching (MacEtch) is een van de meest schaalbare en kosteneffectieve manieren om deze oppervlakken te vormen, maar onderzoekers komen vaak discrepanties tegen tussen bestaande MacEtch-modellen en het proces in de werkelijkheid.

Sing Yang Chiam van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en zijn collega's hebben nu het belangrijkste bestuursmechanisme ontdekt waarmee MacEtch werkt. "We waren erg verrast door onze ontdekkingen, ", zegt Chiam. "Pas na vele herhaalde tests, en het vanuit vele hoeken bestuderen, zijn we overtuigd geraakt door ons model."

MacEtch is gebaseerd op de interactie van silicium met een katalysator (zoals goud) in een 'etsoplossing' van waterstofperoxide. Wanneer gecoat op silicium, de katalysator versnelt de aanval van waterstofperoxide op het oppervlak. Het proces kan worden gecontroleerd, echter, door bepaalde blokkerende metalen tussen de katalysator en het silicium te plaatsen. Als deze tussenlaag in een stippenpatroon over het silicium wordt gelegd, wanneer het waterstofperoxide wordt toegevoegd, het silicium onder de stippen is beschermd tegen etsen. Deze beschermde punten worden silicium nanodraden als het silicium eromheen wordt opgelost.

Chiam en zijn team toonden onlangs aan dat chroommetaal een goede blokkerende laag is. Echter, waarom chroom goed werkte, en welke andere metalen ook goed zouden kunnen presteren, was niet bekend. "We gingen op zoek naar het fundamentele bestuursmechanisme, "zegt Chiam. "Dan zouden we gemakkelijker kunnen bepalen of een materiaal wel of niet zou moeten werken."

Na systematisch verschillende blokkerende metalen te hebben bestudeerd, de onderzoekers verwierpen al snel het heersende idee dat de katalysator het etsen regelt door positieve ladingen te helpen injecteren op het katalysator/silicium-interface.

In plaats daarvan, ze toonden aan dat het etsen wordt gecontroleerd door een chemische 'redox'-reactie tussen de katalysator en het silicium. Alleen metalen met een voldoende hoge redoxpotentiaal kunnen reageren met siliciumatomen en deze verwijderen. Deze ontdekking helpt eerdere experimentele discrepanties zoals het chroomresultaat met elkaar te verzoenen en betekent dat MacEtch-katalysatoren of blokkerende materialen kunnen worden gekozen door simpelweg hun redoxpotentieel op te zoeken.

Het team gebruikt zijn nieuwe kennis al om nog fijner gedetailleerde, dieper geëtste silicium nanostructuren, zegt Chaam. Toepassingen variëren van filtratie tot micro-elektronica, hij voegt toe. "We kijken ernaar uit om de juiste partner te vinden om onze ontdekking en technologie vooruit te helpen."