Спасибо за регистрацию! Проверьте почту test@test.com и перейдите по ссылке письма.




Самый черный кремний

Расскажи друзьям

23 Октябрь 2015

Голландским физикам удалось создать кремниевую поверхность, которая поглощает почти весь видимый свет (да еще и значительную часть инфракрасного спектра), который на нее падает. Поверхности такого рода известны достаточно давно под общим названием "черный кремний" - в этом смысле созданный голландцами кремний, конечно, самый черный из всех.

Впервые термин "черный кремний" возник в работе 1990 года, вышедшей в журнале Journal of Vacuum Science & Technology. Изучая реактивное ионное травление кремниевой поверхности, исследователи обнаружили неожиданный факт - поверхность кремниевой подложки при травлении без какой либо маски (травление обычно используют при литографии, для получения на кремниевой поверхности нужного рисунка) заметно темнела. Изучив поверхность с помощью электронного микроскопа, ученые установили, что дело в данном случае не в банальном изменении цвета, а в изменении оптических свойств поверхности.

Причина этого изменения кроется вот в чем. Суть метода реактивного ионного травления состоит в том, что вещество подложки удаляется в результате направленной обработки ионами активных веществ (в работе использовались ионы брома и хлора). Метод хорош, среди прочего, тем, что позволяет выбирать направление, в котором происходит удаление атомов с подложки, однако, удаление материала происходит неравномерно. Из-за этого на подложке образуется довольно сложный рисунок из впадин и столбов, образуемых продуктами реакции кремния с ионами.

Почему конкретно образуется тот рельеф, который образуется - не очень понятно даже сейчас, спустя более чем два десятка лет после открытия. Физики говорят, что тут дело в естественных флуктуациях самого ионного потока и структуре подложки, однако подходящей модели, которая могла бы предсказывать возникающие структуры, у них нет. Кроме этого, неясно, почему обработанный таким образом кремний начинает так хорошо поглощать падающий на него свет - предполагается, что дело в многократном отражении, преломлении и рассеивании света.

Позже ученым удалось экспериментальным путем получать довольно регулярные структуры, представляющие собой по сути "лес" из конусов. Также с 90-х годов прошлого века было открыто еще несколько способов получения черного кремния. Например, кремниевую поверхность можно облучать лазерными импульсами продолжительностью в несколько фемтосекунд (10-15 секунды), термической обработкой и ультрафиолетовой литографией. Первый даже был запатентован группой из Гарварда, которая организовала фирму SIOnyx, в 2011 году получившую на развитие своей технологии от министерства обороны США 3 миллиона долларов. В общем, сейчас термин "черный кремний" применяется к целому классу кремниевых поверхностей.

В чем дело?

Черный кремний интересует ученых по многим причинам. Остановимся на трех основных направлениях применения этого материала.

Во-первых, черный кремний может, в теории, заметно увеличить эффективность солнечных батарей. Дело в том, что отражение света кремниевой подложкой батареи - это, в первую очередь, потеря энергии. В свою очередь, снижая долю отраженного света, можно увеличить количество производимой такой батареей энергии. Сейчас в батареях для этого используются разного рода антибликовые покрытия, которые, однако, уступают черному кремнию.

Другой областью применения (в этом направлении работает SIOnyx) является создание более эффективных, по сравнению с существующими моделями, полупроводниковых датчиков электромагнитного излучения (причем, не обязательно в видимом диапазоне). Развитие этой технологии в перспективе может позволить улучшить характеристики существующей техники без кардинальных изменений в процессе производства.

Источник: http://www.laser-portal.ru/