Natuurkundigen van de Lomonosov Moscow State University hebben een nieuwe en milieuvriendelijkere methode ontwikkeld om silicium nanodraden te verkrijgen die fluorwaterstofzuur (HF) vervangt door ammoniumfluoride (NH ₄ F).

Silicium nanodraden zijn gestroomlijnd, parallelle nanostructuren die op draden lijken. De diameter van de nanodraad varieert van 50 tot 200 nm, en de afstand tussen structuren is van 100 tot 500 nm. Nanodraad lengte, afhankelijk van de etstijd, kan variëren van 100 nm tot tientallen microns. Silicium nanodraden hebben toepassingen in micro- en opto-elektronica, fotonica, PV, en sensoriek, en biogeneeskunde - nanostructuren van silicium zijn biologisch afbreekbare materialen, wat betekent dat ze na verloop van tijd in een organisme afbreken. Aanvullend, in beperkte concentraties, nanostructuren zijn niet giftig. Echter, fluorwaterstofzuur (HF), die in een conventionele methode wordt gebruikt om silicium nanodraden te produceren, is extreem giftig.

Nutsvoorzieningen, silicium nanodraden kunnen worden gemaakt via het chemisch etsen van een siliciumwafel, in een proces waarbij metalen nanodeeltjes (bijvoorbeeld zilveren nanodeeltjes) activeren het etsen.

Kirill Gonchar, een junior onderzoeker aan de Lomonosov Moscow State University, beschrijft het proces:"We hebben een etsmethode in twee stappen gebruikt. In de eerste fase zilveren nanodeeltjes werden afgezet op het oppervlak van een siliciumwafel. Deze afzetting produceerde geen egale laag, maar eerder verschillende eilandregio's. In de tweede fase, de siliciumwafel werd geëtst op de met zilver bedekte plaatsen. Daarom, het blootgestelde silicium veranderde in nanodraden toen zilveren nanodeeltjes in het siliconenvel vielen. En hoe langer het etsproces, hoe langer de nanodraden aan de uitgang. Aan het einde, het zilver werd verwijderd met behulp van salpeterzuur."

Onderzoekers van de Lomonosov Moscow State University hebben in alle stadia van chemisch etsen het gevaarlijke en giftige fluorwaterstofzuur vervangen door ammoniumfluoride. Bovendien, ze hebben optische eigenschappen bestudeerd van silicium nanodraden die via deze methode zijn geproduceerd en vergeleken met nanodraden die conventioneel zijn geproduceerd met fluorwaterstofzuur.

Kirill Gonchar legt uit hoe het idee om ammoniumfluoride te gebruiken bij de synthese van nanodraden ontstond:"Het idee om ammoniumfluoride toe te passen was niet nieuw, het is ontleend aan experimentele methoden om poreus silicium te verkrijgen die 20 jaar geleden plaatsvonden. Ammoniumfluoride werd toen ook gebruikt, in plaats van fluorwaterstofzuur. Er waren vergelijkbare projecten waarbij nanodraden werden geproduceerd in ammoniumfluoride, maar er was geen vervanging in alle etsstadia. We hebben de optische eigenschappen van de nanodraden die we hebben bestudeerd en bewezen dat ze niet veel verschillen van nanodraden die met de conventionele methode zijn verkregen."

Silicium nanodraden, geproduceerd door metaal-geassisteerd etsen, zou kunnen worden gebruikt voor de creatie van nieuwe fotonische apparaten en op silicium gebaseerde sensoren. Kirill Gonchar zegt dat nanodraden veelbelovend zijn als sensorische elementen van optische sensoren voor verschillende stoffen. Dit gebeurt door de toename van de signaalintensiteit van het Raman-effect, wat een "vingerafdruk" is van een stof; het is ook te wijten aan de gevoeligheid voor de aanwezigheid van verschillende gassen, bijvoorbeeld, zuurstof.

Bovendien, structuren die silicium nanodraden bevatten, kunnen worden gebruikt in antireflectiecoatings voor zonnecellen. Terwijl gewoon silicium ongeveer 30 procent van het licht in het zichtbare bereik reflecteert, silicium nanodraden weerspiegelen ongeveer 2 procent.