- Hình thái của lớp xốp: khi Ja tăng thì dạng hình thái lớp xốp không thay đổ
3.5.4. Chế tạo lớp silic ôxít xốp trên màng mỏng aSiC bằng anốthóa trong dung dịch HF siêu loãng
dung dịch HF siêu loãng
Hình 3.23. Ảnh SEM (A) bề mặt và (B) mặt cắt của mẫu aSiC sau khi được anốt hóa trong dung dịch nước của 0,07% HF với mật độ dòng anốt hóa 3,0 mA/cm2.
Cơ chế ăn mòn anốt SiC cho thấy tại một nồng độ HF nhất định, khi mật độ dòng đủ lớn, thì sau khi anốt hóa một lớp silic ôxít sẽ bao phủ toàn bộ bể mặt mẫu. Tuy nhiên, khi nồng độ HF cao thì giá trị của mật độ dòng để có thể tạo ra được lớp ôxít như nói ở trên sẽ là rất lớn. Trong khi đó, với việc sử dụng nồng độ HF rất nhỏ, chúng tôi đã tạo ra được lớp silic ôxít xốp chỉ với mật độ dòng anốt hóa rất nhỏ. Trên Hình 3.23 là ảnh SEM bề mặt và mặt cắt của mẫu aSiC sau khi được anốt hóa trong dung dịch nước của 0,07% HF với mật độ dòng anốt hóa 3,0 mA/cm2. Ta có thể thấy một lớp ôxít dày tới gần 2µm trên bề mặt mẫu. Điều đáng chú ý là lớp silic ôxít này khá xốp, khác hẳn với trường hợp của Si.
Để kiểm tra giả thiết về việc hình thành lớp ôxít này chúng tôi đã tiến hành hai việc: (i) ngâm các mẫu vào dung dịch 10% HF trong 10 phút; (ii) đo hàm lượng các nguyên tố trên mẫu bằng phương pháp EDX. Các ảnh SEM đã cho thấy rằng sau khi ngâm mẫu trong dung dịch HF thì một lớp ở trên bề mặt mẫu bị tan đi mất. Như vậy sau khi anốt hóa trong dung dịch HF siêu loãng đã có một lớp ôxít khá dày (cỡ hơn 1 µm) bao phủ trên bề mặt mẫu. Kết quả EDX cho ta thấy rõ ràng rằng hàm lượng ôxy trên các mẫu anốt hóa trong HF siêu loãng tăng vọt so với mẫu anốt hóa trong HF loãng.
114
3.6. Kết luận chương 3
1. Đã nghiên cứu thành công công nghệ ăn mòn anốt để chế tạo lớp aSiC xốp trên màng aSiC vô định hình với hình thái của lớp xốp có thể điều khiển được với điểm nổi bật của công nghệ là việc sử dụng nồng độ HF rất thấp.
2. Đã nghiên cứu một cách hệ thống ảnh hưởng của ba thông số chính lên quá trình ăn mòn anốt aSiC là mật độ dòng điện hóa, nồng độ HF và dung môi. Theo đó, khi ăn mòn xốp aSiC trong dung dịch HF/H2O thì mật độ dòng anốt hóa sẽ quyết định hình thái của lớp aSiC xốp, khi mật độ dòng anốt tăng thì hình thái của lớp xốp ban đầu là hình thái đám rễ cây sẽ chuyển sang hình thái cột xốp nhỏ sâu và sau đó là hình thái cột xốp lớn nông. Nồng độ HF sẽ quyết định giá trị của mật độ dòng tới hạn, khi nồng độ HF tăng thì tốc độ ăn mòn và giá trị của mật độ dòng tới hạn tăng mạnh. Ngoài ra, khi nồng độ HF thấp thì tốc độ ăn mòn sẽ được quyết định chính bởi nồng độ HF. Dung môi sẽ quyết định cơ chế ăn mòn anốt. 3. Đã chứng minh được rằng khi ăn mòn xốp aSiC trong dung dịch HF/H2O với mật
độ dòng anốt nhỏ thì cơ chế ăn mòn Si trong aSiC chủ yếu là cơ chế ăn mòn trực tiếp, nhưng khi mật độ dòng anốt tăng lên thì cơ chế ăn mòn gián tiếp Si trong aSiC ngày càng chiếm ưu thế, tức là khi mật độ dòng anốt càng lớn thì tốc độ ôxy hóa Si càng tăng và điều này đóng vài trò quyết định trong sự tạo thành hình thái cột xốp của lớp aSiC xốp. Còn cơ chế ăn mòn C trong aSiC luôn luôn là cơ chế ăn mòn gián tiếp.
4. Đã chứng minh được rằng khi ăn mòn xốp aSiC trong dung dịch HF/EG với nồng độ HF thấp thì cơ chế ăn mòn Si trong aSiC chủ yếu là cơ chế trực tiếp, còn C trong aSiC rất ít bị ăn mòn do không có đủ nước để ôxy hóa nó. Đã dùng các cơ chế ăn mòn Si và C nói trên để giải thích sự giàu cacbon của lớp SiC xốp được tạo ra. Đã dùng lý do cơ chế ăn mòn đã thay đổi này để giải thích cho sự thay đổi về hình thái của lớp xốp so với trường hợp ăn mòn aSiC trong dung dịch nước của HF.
5. Đã nghiên cứu một cách chi tiết về vấn đề cho thêm chất hoạt hóa bề mặt TX100 hoặc chất ôxy hóa mạnh H2O2 vào dung dịch điện phân để tăng cường quá trình ăn mòn xốp aSiC, đặc biệt là khi dòng anốt quá nhỏ. Đã tìm ra các nồng độ HF, H2O2 và TX100 tối ưu cho quá trình ăn mòn xốp aSiC.
6. Đã chế tạo thành công một số cấu trúc đặc biệt trên aSiC như cấu trúc màng aSiC xốp đa lớp, cấu trúc mảng thanh nano aSiC sắp xếp có trật tự và cấu trúc màng tự do (membrane) aSiC xốp, lớp silic ôxít trên bề mặt màng aSiC. Các kết quả này mở ra thêm nhiều khả năng ứng dụng mới của vật liệu aSiC xốp.
115
Chương 4
Nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng của lớp aSiC xốp