Дослідження впливу концентрації фторводню (HF) на топографію шару пористого кремнію, підготовленого фотохімічним травленням сонячним світлом (SLPCE)
Анотація
Кремнієві нанокристали мають широкий спектр потенційних застосувань, від підвищення ефективності сонячних елементів і оптоелектронних пристроїв до біомедичної візуалізації та доставки ліків, очищення стічних вод і антибактеріальної діяльності. У цьому дослідженні метод фотохімічного травлення використовувався для створення шарів пористого кремнію на донорній кремнієвій пластині з орієнтацією (111) і питомим опором, рівним 110 Ом·см. Процес передбачав фокусування сонячного світла на зразках за допомогою телеоб’єктива з відповідною фокусною відстанню 30 см і діаметром 90 мм, що забезпечувало достатню енергію для завершення хімічного травлення. Використовуючи постійний час травлення 60 хвилин і різні концентрації фтористоводневої кислоти (від 25% до 40%), були отримані шари з різними властивостями. Отримані поверхні досліджували за допомогою атомно-силового мікроскопа (АСМ), виявляючи утворення різних наноструктур і частинок різної форми, розміру та товщини залежно від умов підготовки. Було встановлено, що середній розмір частинок становив 90,43 нм при концентрації 40% кислоти, а при концентрації 25% HF кислоти зменшувався до 48,7 нм.
Завантаження
Посилання
Z. Ni, S. Zhou, S. Zhao, W. Peng, D. Yang, X. Pi, “Silicon nanocrystals: unfading silicon materials for optoelectronics,” Mater. Sci. Eng. Reports, 138, 85-117 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mser.2019.06.001
R.B. Abdulrahman, A.S. Alagoz, T. Karabacak, “Enhanced Light Trapping in Periodic Aluminum Nanorod Arrays as Cavity Resonator,” MRS Proc. 1566, mrss13-1566-ii09-06 (2013). https://doi.org/10.1557/opl.2013.878
M.B. Gongalsky, N.V Pervushin, D.E. Maksutova, U.A. Tsurikova, P.P. Putintsev, O.D. Gyuppenen, Y.V Evstratova, O.A. Shalygina, G.S. Kopeina, A.A. Kudryavtsev, B. Zhivotovsky, L.A. Osminkina, “Optical Monitoring of the Biodegradation of Porous and Solid Silicon Nanoparticles,” Nanomaterials, 11, (2021) 2167. https://doi.org/10.3390/nano11092167
S.H. Anastasiadis, K. Chrissopoulou, E. Stratakis, P. Kavatzikidou, G. Kaklamani, A. Ranella, “How the Physicochemical Properties of Manufactured Nanomaterials Affect Their Performance in Dispersion and Their Applications in Biomedicine: A Review,” Nanomaterials, 12, 552 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12030552
M.S. Abo Ghazala, H.A. Othman, L.M. Sharaf El-Deen, M.A. Nawwar, A.E.B. Kashyout, “Fabrication of Nanocrystalline Silicon Thin Films Utilized for Optoelectronic Devices Prepared by Thermal Vacuum Evaporation,” ACS Omega, 5, 27633-27644 (2020). https://doi.org/10.1021/acsomega.0c04206
Y. Li, Y. Wang, L. Yin, W. Huang, W. Peng, Y. Zhu, K. Wang, D. Yang, and X. Pi, “Silicon-based inorganic-organic hybrid optoelectronic synaptic devices simulating cross-modal learning,” Sci. China Inf. Sci. 64, 162401 (2021). https://doi.org/10.1007/s11432-020-3035-8
I.K. Jassim, and A.Y. Khudair, “Preparation of porous silicon Wafers using sun light photo chemical etching (SLPCE),” Tikrit J. Pure Sci. 23, 78–84 (2018).
Y. An, Y. Tian, C. Wei, Y. Zhang, S. Xiong, J. Feng, and Y. Qian, “Recent advances and perspectives of 2D silicon: Synthesis and application for energy storage and conversion,” Energy Storage Mater. 32, 115-150 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.07.006
L.C. Loaiza, L. Monconduit, and V. Seznec, “Si and Ge‐Based Anode Materials for Li‐, Na‐, and K‐Ion Batteries: A Perspective from Structure to Electrochemical Mechanism,” Small, 16, 1905260 (2020). https://doi.org/10.1002/smll.201905260
F. Kunze, S. Kuns, M. Spree, T. Hülser, C. Schulz, H. Wiggers, and S.M. Schnurre, “Synthesis of silicon nanoparticles in a pilot-plant-scale microwave plasma reactor: Impact of flow rates and precursor concentration on the nanoparticle size and aggregation,” Powder Technol. 342, 880-886 (2019). https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.10.042
S.D. Karande, S.A. Jadhav, H.B. Garud, V.A. Kalantre, S.H. Burungale, and P.S. Patil, “Green and sustainable synthesis of silica nanoparticles,” Nanotechnol. Environ. Eng. 6, 29 (2021). https://doi.org/10.1007/s41204-021-00124-1
T. Sun, D. Li, J. Chen, Y. Wang, J. Han, T. Zhu, W. Li, J. Xu, and K. Chen, “Enhanced Electroluminescence from a Silicon Nanocrystal/Silicon Carbide Multilayer Light-Emitting Diode,” Nanomaterials, 13, 1109 (2023). https://doi.org/10.3390/nano13061109
A. Fronya, S. Antonenko, N. Karpov, N. Pokryshkin, A. Eremina, A. Kharin, V.G. Yakunin, et al., Pulsed laser deposition in He N2 gaseous mixtures for the synthesis of photoluminescent Si and Ge nanoparticles for bioimaging,” in: Nanoscale Quantum Mater. From Synth. Laser Process. to Appl. SPIE, (2023), p. 32. https://doi.org/10.1117/12.2655137
M. Martínez-Carmona, and M. Vallet-Regí, “Advances in Laser Ablation Synthesized Silicon-Based Nanomaterials for the Prevention of Bacterial Infection,” Nanomaterials, 10, 1443 (2020). https://doi.org/10.3390/nano10081443
L.J. Richter, U. Ross, M. Seibt, and J. Ihlemann, “Excimer Laser Surface Patterning for Photoluminescence Enhancement of Silicon Nanocrystals, Photonics,” 10, 358 (2023). https://doi.org/10.3390/photonics10040358
S. Dutta, S. Chatterjee, K. Mallem, Y.H. Cho, and J. Yi, “Control of size and distribution of silicon quantum dots in silicon dielectrics for solar cell application: A review,” Renew. Energy, 144, 2-14 (2019). https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.06.078
M.F. Abdullah, and R.B. Abdulrahman, “The Electrical and Optical properties of Copper Oxide Nanostructures fabricated by Hot Deionized Water Copper Treatment,” Eurasian J. Physics, Chemistry Math. 9, 45-53 (2022). https://geniusjournals.org/index.php/ejpcm/article/view/2098
M. Zacharias, and P.C. Kelires, “Temperature dependence of the optical properties of silicon nanocrystals,” Phys. Rev. B, 101, 245122 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.245122
M. Bürkle, M. Lozac’h, C. McDonald, M. Macias‐Montero, B. Alessi, D. Mariotti, V. Švrček, “Tuning the Bandgap Character of Quantum‐Confined Si–Sn Alloyed Nanocrystals,” Adv. Funct. Mater. 30, 1907210 (2020). https://doi.org/10.1002/adfm.201907210
C. Samanta, S. Bhattacharya, A.K. Raychaudhuri, and B. Ghosh, “Broadband (Ultraviolet to Near-Infrared) Photodetector Fabricated in n-ZnO/p-Si Nanowires Core–Shell Arrays with Ligand-Free Plasmonic Au Nanoparticles,” J. Phys. Chem. C, 124, 22235 22243 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c06080
K.E. González-Flores, J.L. Frieiro, P. Horley, S.A. Pérez-García, L. Palacios-Huerta, M. Moreno, J. López-Vidrier, S. Hernández, B. Garrido, A. Morales-Sánchez, Ultraviolet, visible and near infrared photoresponse of SiO2/Si/SiO2 multilayer system into a MOS capacitor, Mater. Sci. Semicond. Process. 134 (2021) 106009. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2021.106009
M. alsaalihiu, G. Al Nuaimi, Study of Electrical Properties of Silver Nanoparticles on Porous Silicon, J. Educ. Sci. 30 (2021) 28–36. https://doi.org/10.33899/edusj.2021.129664.1147
M. Otsuka, Y. Kurokawa, Y. Ding, F.B. Juangsa, S. Shibata, T. Kato, T. Nozaki, Silicon nanocrystal hybrid photovoltaic devices for indoor light energy harvesting, RSC Adv. 10 (2020) 12611–12618. https://doi.org/10.1039/D0RA00804D
Ghosh, Shirahata, All-Inorganic Red-Light Emitting Diodes Based on Silicon Quantum Dots, Crystals. 9 (2019) 385. https://doi.org/10.3390/cryst9080385
J. Li, J.-Y. Yang, J.-T. Wang, S.-G. Lu, A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries, Rare Met. 38 (2019) 199–205. https://doi.org/10.1007/s12598-017-0936-3
C.J.T. Robidillo, J.G.C. Veinot, Functional Bio-inorganic Hybrids from Silicon Quantum Dots and Biological Molecules, ACS Appl. Mater. Interfaces. 12 (2020) 52251–52270. https://doi.org/10.1021/acsami.0c14199
C.G. França, T. Plaza, N. Naveas, M.H. Andrade Santana, M. Manso-Silván, G. Recio, J. Hernandez-Montelongo, Nanoporous silicon microparticles embedded into oxidized hyaluronic acid/adipic acid dihydrazide hydrogel for enhanced controlled drug delivery, Microporous Mesoporous Mater. 310 (2021) 110634. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110634
C. Zamora-Ledezma, D. Negrete-Bolagay, F. Figueroa, E. Zamora-Ledezma, M. Ni, F. Alexis, V.H. Guerrero, Heavy metal water pollution: A fresh look about hazards, novel and conventional remediation methods, Environ. Technol. Innov. 22 (2021) 101504. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101504
A. Nastulyavichus, S. Kudryashov, N. Smirnov, I. Saraeva, A. Rudenko, E. Tolordava, A. Ionin, Y. Romanova, D. Zayarny, Antibacterial coatings of Se and Si nanoparticles, Appl. Surf. Sci. 469 (2019) 220–225. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.011
Q. Wang, G. Yuan, S. Zhao, W. Liu, Z. Liu, J. Wang, J. Li, Metal-assisted photochemical etching of GaN nanowires: The role of metal distribution, Electrochem. Commun. 103 (2019) 66–71. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.05.005
A.-R.N. Abed, F.A. Khammas, R.N. Abed, Improvement the efficiency of the solar cells using nanosizing process (photochemical etching), in: AIP Conf. Proc., American Institute of Physics, 2020: p. 020109. https://doi.org/10.1063/5.0000315
A.K.K. Soopy, Z. Li, T. Tang, J. Sun, B. Xu, C. Zhao, A. Najar, In(Ga)N Nanostructures and Devices Grown by Molecular Beam Epitaxy and Metal-Assisted Photochemical Etching, Nanomaterials. 11 (2021) 126. https://doi.org/10.3390/nano11010126
Y. Xing, Z. Guo, M.A. Gosálvez, G. Wu, X. Qiu, Characterization of anisotropic wet etching of single-crystal sapphire, Sensors Actuators A Phys. 303 (2020) 111667. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.111667
T.S. Wilhelm, I.L. Kecskes, M.A. Baboli, A. Abrand, M.S. Pierce, B.J. Landi, I. Puchades, P.K. Mohseni, Ordered Si Micropillar Arrays via Carbon-Nanotube-Assisted Chemical Etching for Applications Requiring Nonreflective Embedded Contacts, ACS Appl. Nano Mater. 2 (2019) 7819–7826. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01838
Z. Shao, Y. Wu, S. Wang, C. Zhang, Z. Sun, M. Yan, Y. Shang, E. Song, Z. Liu, All-sapphire-based fiber-optic pressure sensor for high-temperature applications based on wet etching, Opt. Express. 29 (2021) 4139. https://doi.org/10.1364/OE.417246
M.H. Kareem, A.M. Abdul Hussein, H.T. Hussein, Effect of current density on the porous silicon preparation as gas sensors **, J. Mech. Behav. Mater. 30 (2021) 257–264. https://doi.org/10.1515/jmbm-2021-0027
X. Zhang, Y. Liu, C. Yao, J. Niu, H. Li, C. Xie, Facile and stable fabrication of wafer-scale, ultra-black c -silicon with 3D nano/micro hybrid structures for solar cells, Nanoscale Adv. 5 (2023) 142–152. https://doi.org/10.1039/D2NA00637E
D. Gräf, M. Grundner, R. Schulz, Reaction of water with hydrofluoric acid treated silicon(111) and (100) surfaces, J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. 7 (1989) 808–813. https://doi.org/10.1116/1.575845
A.M.E. Ibrahim, H.A. Kadhem, Study the effect resistivity slide and the time of etching on silicon surfaces morphology of producing photovoltaic method, Tikrit J. Pure Sci. 21 (2016) 152–161.
O. V Sukhova, V.A. Polonskyy, Peculiarities in the Structure Formation and Corrosion of Quasicrystalline Al65Co20Cu15 Alloy in Neutral and Acidic Media, East Eur. J. Phys. (2021) 49–54. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-07
Tae Hun Kim, Hyuck In Kwon, Jong Duk Lee, Byung-Gook Park, Thickness measurements of ultra-thin films using AFM, in: Dig. Pap. Microprocess. Nanotechnol. 2001. 2001 Int. Microprocess. Nanotechnol. Conf. (IEEE Cat. No.01EX468), Japan Soc. Appl. Phys, 2001: pp. 240–241. https://doi.org/10.1109/IMNC.2001.984179
A. Rehman, M.A. Ehsan, A. Afzal, A. Ali, N. Iqbal, Aerosol-assisted nanostructuring of nickel/cobalt oxide thin films for viable electrochemical hydrazine sensing, Analyst. 146 (2021) 3317–3327. https://doi.org/10.1039/D1AN00222H
Авторське право (c) 2023 Хасан А. Кадхем, Абдул Хакім С. Мохаммед, Ісса З Хасан, Росуре Борханалден Абдулрахман
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
