Extreem fijne poreuze structuren met kleine gaatjes, lijkt op een soort spons op nanoniveau, kan worden gegenereerd in halfgeleiders. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de realisatie van minuscule sensoren of ongebruikelijke optische en elektronische componenten. Er is op dit gebied al geëxperimenteerd met poreuze structuren van silicium. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de TU Wien hebben een methode ontwikkeld om poreus siliciumcarbide gecontroleerd te maken. Siliciumcarbide heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van silicium; het heeft een grotere chemische weerstand, en kan daarom worden gebruikt voor biologische toepassingen, bijvoorbeeld, zonder dat er een extra coating nodig is.

Om het potentieel van deze nieuwe technologie te demonstreren, de onderzoekers integreerden een speciale spiegel die selectief verschillende kleuren licht in een SiC-wafer reflecteert door dunne lagen te creëren met een dikte van elk ongeveer 70 nm en met verschillende graden van porositeit.

"Er is een heel scala aan spannende technische mogelijkheden voor ons beschikbaar wanneer we een poreuze structuur met talloze nanogaatjes maken uit een massief stuk halfgeleidermateriaal, " zegt Markus Leitgeb van het Institute of Sensor and Actuator Systems aan de TU Wien. Leitgeb ontwikkelde de nieuwe materiaalverwerkingstechnologie als onderdeel van zijn proefschrift. "De poreuze structuur beïnvloedt de manier waarop lichtgolven door het materiaal worden beïnvloed. Als we de porositeit kunnen beheersen, dit betekent dat we ook controle hebben over de optische brekingsindex van het materiaal."

Dit kan erg handig zijn in sensortechnologie, bijvoorbeeld de brekingsindex van kleine hoeveelheden vloeistof kan worden gemeten met behulp van een poreuze halfgeleidersensor, waardoor een betrouwbaar onderscheid tussen verschillende vloeistoffen mogelijk is.

Een andere aantrekkelijke optie vanuit een toepassingsgericht perspectief is om eerst bepaalde delen van de SiC-wafer zeer gelokaliseerd poreus te maken, alvorens een nieuwe SiC-laag over deze poreuze gebieden af ​​te zetten, en vervolgens gecontroleerd te laten instorten - deze techniek produceert microstructuren en nanostructuren die ook een sleutelrol kunnen spelen in sensortechnologie.

Echter, het is van cruciaal belang dat het juiste uitgangsmateriaal wordt gekozen. "Tot nu, Hiervoor is silicium gebruikt, een materiaal waar we al veel ervaring mee hebben, " zegt professor Schmid. Silicium heeft ook belangrijke nadelen, echter; onder zware omgevingsomstandigheden zoals extreme hitte of in alkalische oplossingen, structuren gemaakt van silicium worden aangevallen en snel vernietigd. Daarom, sensoren van silicium zijn vaak niet geschikt voor biologische of elektrochemische toepassingen.

Om deze reden, onderzoekers probeerden iets soortgelijks te bereiken met het halfgeleider siliciumcarbide, dat is biocompatibel en aanzienlijk robuuster vanuit chemisch perspectief. Er waren speciale trucs nodig, echter, om uit siliciumcarbide poreuze structuren te maken.

De kleurselectieve spiegel

Eerst, het oppervlak wordt gereinigd, en vervolgens gedeeltelijk bedekt met een dunne laag platina. Het siliciumcarbide wordt vervolgens ondergedompeld in een etsoplossing en blootgesteld aan UV-licht, om de oxidatieprocessen op gang te brengen. Hierdoor vormt zich een dunne poreuze laag - aanvankelijk 1 m dik - in deze gebieden die niet zijn bedekt met platina. Er wordt dan ook een elektrische lading aangebracht om de porositeit en de dikte van de volgende lagen nauwkeurig te kunnen instellen. Hier, de eerste poreuze laag bevordert de vorming van de eerste poriën wanneer de elektrische lading wordt aangebracht.

"De poreuze structuur verspreidt zich vanaf het oppervlak steeds verder naar het inwendige van het materiaal, " legt Markus Leitgeb uit. "Door de elektrische lading tijdens dit proces aan te passen, we kunnen bepalen welke porositeit we op een bepaalde diepte willen hebben." het was mogelijk om een ​​complexe gelaagde structuur van siliciumcarbidelagen te produceren met hogere en lagere porositeitsniveaus, die uiteindelijk door het aanleggen van een hoogspanningspuls van het stortgoed wordt gescheiden. De dikte van de afzonderlijke lagen kan zo worden gekozen dat de gelaagde structuur bepaalde lichtgolflengten bijzonder goed reflecteert of bepaalde lichtgolflengten doorlaat, resulterend in een geïntegreerde, kleurselectieve spiegel.

"We hebben dus aangetoond dat onze nieuwe methode kan worden gebruikt om de porositeit van siliciumcarbide op microscopische schaal betrouwbaar te regelen, ", zegt Ulrich Schmid. "Deze technologie belooft veel potentiële toepassingen, van antireflectiecoatings, optische of elektronische componenten en speciale biosensoren, tot resistente supercondensatoren."