Tổng quan về vật liệu SiC và SiCxốp
1.2.4.Ứng dụng của vật liệu SiCxốp
Do các đặc tính ưu việt được kế thừa của SiC khối, cộng với diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích lớn nên PSiC được sử dụng trong việc chế tạo các cảm biến vật lý, hóa học như: cảm biến nhạy ẩm [15, 31]; cảm biến khí NH3 [32]; cảm biến khí H2 [78]; cảm biến khí C2H6 [18]. Các cảm biến này có độ nhạy cao và có thể làm việc được trong các môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất lớn). Ngoài ra, PSiC có khả năng tương thích sinh học cao nên còn được ứng dụng trong việc chế tạo các cảm biến sinh học [129].
Các kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng của các cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào hình thái và độ dày của lớp PSiC. Ví dụ, các cảm biến nhạy ẩm đòi hỏi kích thước các lỗ xốp dưới 100 nm, trong khi với cảm biến NH3 thì lại đòi hỏi kích thước lỗ xốp lớn hơn 100 nm [15, 32]; các cảm biến sinh học cho chất lượng tốt hơn nếu cấu trúc lớp xốp có dạng cột xốp [129]. Trên Hình 1.16 là phản ứng của cảm biến khí H2 được chế tạo bằng PSiC với kích thước lỗ xốp có đường kính 25 và 60 nm [78]. Ở đây ta có thể thấy rõ ràng là PSiC với lỗ xốp có đường kính 25 nm có độ
27
nhạy tốt hơn hẳn. Các kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy việc điều khiển được hình thái của lớp xốp (kích thước lỗ xốp, hình dạng của lỗ xốp, độ dày lớp xốp) là rất quan trọng cho việc ứng dụng PSiC vào chế tạo các loại cảm biến khác nhau.
Hình 1.16. Sự thay đổi điện trở của cảm biến Pd/PSiC với lỗ xốp có đường kính 25 và 60
nm đối với khí hydro (H2) ở nồng độ 110 ppm [78].
Ngoài các ứng dụng trong chế tạo cảm biến thì PSiC còn có rất nhiều các ứng dụng quan trọng khác. Trong nghiên cứu của Rosenbloom và đồng nghiệp [129], các màng PSiC được sử dụng để làm các màng lọc protein. Kết quả cho thấy các protein đã thấm vào lên đến ít nhất 80 kDa sau 5 ngày (1 Da = khối lượng một nguyên tử hyđrô). Kết quả nghiên cứu còn cho thấy màng PSiC ít gây ô nhiễm sinh học hơn so với màng polyme thông thường đang được sử dụng rộng rãi hiện nay cho việc lọc protein trong máu. Do đặc tính trơ với các tác động của hóa chất nên các màng PSiC còn được sử dụng để làm các màng lọc các chất hóa học. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng đế PSiC có thể được sử dụng trong sự mọc các lớp epitaxy, với mục đích làm giảm mật độ của các khuyết tật trong lớp epitaxy [106], [25]. Ngoài ra, do các tính chất quang, điện vượt trội so với vật liệu khối nên vật liệu PSiC còn được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang và điện như LEDs [102], phôtôđiốt [77], linh kiện điện tử [69]. Hiện nay lớp PSiC còn được sử dụng làm đế để mọc lớp graphene [105].
28
1.2.5. Màng aSiC xốp
Các màng aSiC thường có điện trở suất rất lớn và tăng theo tỉ lệ C/Si, do đó quá trình ăn mòn anốt để tạo xốp chúng đòi hỏi điện thế áp đặt rất cao. Ngoài ra còn một vấn đề rất lớn làm cho quá trình ăn mòn điện hóa tạo xốp các màng aSiC gặp rất nhiều khó khăn, đó là sự tồn tại của các vi ống trong các màng này do quá trình chế tạo gây ra. Các vi ống này làm cho dung dịch ăn mòn rất dễ bị “chảy” theo chúng xuống đế phía dưới. Trường hợp đế là Si (thường có điện trở suất thấp hơn rất nhiều so với màng aSiC phía trên) thì lúc này sự ăn mòn sẽ tập trung vào đế Si tạo ra các hốc có kích thước rất lớn khi các hốc này kết nối với nhau làm cho màng aSiC phía trên bị bong ra [117]. Để khắc phục vấn đề này, cho tới nay các nghiên cứu thường sử dụng dung môi có độ nhớt cao để ngăn chặn sự thâm nhập của dung dịch ăn mòn vào các vi ống. Tuy nhiên biện pháp này cũng không thật sự hiệu quả, đặc biệt là trong trường hợp mật độ dòng điện hóa lớn hoặc thời gian ăn mòn kéo dài.
Các vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu về aSiC xốp:
- Chưa có bất cứ nghiên cứu hệ thống nào về sự ảnh hưởng của các thông số ăn mòn anốt lên hình thái của lớp aSiCxốp ngay cả với hai thông số quan trọng nhất là mật độ dòng điện hóa và nồng độ HF trong dung dịch điện hóa. - Cơ chế ăn mòn anốt tạo xốp màng aSiC còn nhiều điểm chưa rõ ràng.
- Các hình thái đặc biệt của lớp aSiC xốp, những dạng mà có khả năng ứng dụng lớn như hình thái cột xốp, hình thái xốp đa lớp, hình thái hệ thanh sắp xếp có trật tự chưa được nghiên cứu chế tạo.
- Nguồn gốc PL của lớp aSiC xốp còn chưa thực sự rõ ràng.
- Các nghiên cứu về ứng dụng aSiC xốp còn hạn chế, đặc biệt là chưa có nghiên cứu về ứng dụng của aSiC xốp cho tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS), mặc dù các nghiên cứu tương tự trên Si xốp là rất nhiều.
Do đó, trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi sẽ trình bày các nghiên cứu một cách hệ thống để giải quyết các vấn đề vừa nêu ở trên.
29