1.3.4. Структурные модификации пористого кремния

Изменяя условия анодирования, можно получать пористый кремний с различной морфологией (геометрией) пор или, иными словами, – пористый кремний различных структурных модификаций. На поперечный размер R пор влияют плотность тока анодирования, время процесса, дополнительное освещение образца в электрохимической ячейке, состав электролита, уровень и вид легирования кремния и т. д. В результате этот размер может изменяться 10 мкм до I нм. По существующей в литературных источниках классификации пористый кремний подразделяется на микропористый (R < 2 нм), мезопористый (2 нм < R < 50 нм) и макропористый (R > 50 нм). На рис. 1.7, рис. 1.8 в качестве примера представлены микрофотографии низкоразмерного кремния, полученного в различных технологических режимах авторами данной лабораторной работы на образцах монокристаллического кремния (100) n-типа электропроводности с использованием той самой ячейки, которая применяется в описываемой лабораторной работе. Здесь изображены соответственно фронтальные поверхности и поверхности сколов низкоразмерного кремния.

На рис. 1.7 изображены поверхности низкоразмерного кремния одного образца, снятые с противоположных сторон. Низкоразмерный кремний получен за один технологический цикл. На рис.1.8 можно видеть поверхности сколов двух образцов, анодированных в разных технологических условиях. Верхние слои получены на поверхности, ближней к катоду. Демонстрируемые рисунки показывают зависимость структуры низкоразмерного кремния как от технологических режимов, так и от удаленности формируемого слоя от катода.

а) б)

Рис. 1.7. Микрофотографии низкоразмерного кремния, полученные

с помощью электронного микроскопа: а – ближней к катоду поверхности;

б – дальней от катода поверхности

а) б)

Рис. 1.8. Микрофотографии сколов образцов с низкоразмерным кремнием,

полученные с помощью электронного микроскопа: а – при меньшей плотности тока;

б – при большей плотности тока

а) б)

Рис. 1.9. Микрофотографии сколов образцов с низкоразмерным кремнием,

полученные с помощью оптического микроскопа: а – при гальваностатическом режиме;

б – при потенциостатическом режиме

Основным параметром любого пористого материала является показатель пористости П. Этот показатель определяет долю объема материала, занятую порами. Для пористого кремния значения пористости могут находиться в необычайно широком интервале: от 5 до 95 %. Когда объем, занимаемый порами, невелик (5 %), свойства такого материала близки к свойствам кристаллического кремния. При высоких показателях пористости картина существенно меняется и такой пористый кремний проявляет новые свойства, многие из которых являются уникальными. Как уже сообщалось, суммарная площадь внутренней поверхности низкоразмерного кремния велика. В зависимости от величины пористости и геометрии пор она может составлять для макропористого кремния от 10 до 100 м^2/см^3, для мезопористого от 100 до 300 м^2/см^3 и для микропористого от 300 до 800 м^2/см^3. Для сравнения следует отметить, что удельная поверхность монокристаллического кремния составляет всего 0,1–0,3 м^2/см^3. Электрические свойства пористого кремния также зависят от его структуры.