Công nghệ chế tạo vật liệu xốp và cơ chế ăn mòn xốp
2.4.3.Cơ chế hình thành lỗ xốp trong quá trình ăn mòn anốt SiC
Đối với SiC nói chung mà đặc biệt là aSiC thì cho tới nay chưa có một mô hình nào được đề xuất cho sự hình thành của các hình thái lỗ xốp, mặc dù cũng đã có một số nghiên cứu riêng lẻ về vấn đề này cho sự ăn mòn anốt cSiC [137, 138, [139], 180, 181, 182]. Việc khó đưa ra một cơ chế chung cho sự hình thành của các hình thái lỗ xốp trên lớp SiC xốp có lẽ là do nó có quá nhiều kiểu cấu trúc tinh thể cũng như sự phức tạp trong cấu trúc lớp bề mặt. Như đã trình bày trong Chương 1, lớp nguyên tử ở bề mặt phiến SiC đơn tinh thể có thể là Si hoặc C tùy thuộc vào việc
55
cắt phiến tinh thể nên các trạng thái của điện tử trên bề mặt sẽ có sự khác nhau giữa các mặt của phiến SiC tinh thể. Cụ thể là khi phiến SiC mặt Si được ngâm vào dung dịch nước thì các liên kết trống trên bề mặt thường được lấp đầy bởi OH−, còn ngược lại phiến SiC mặt C được lấp đầy bởi H+ [71].
Hình 2.11. Hình ảnh mô tả sự khác biệt trong việc hấp thụ các ion trên bề mặt cũng như cấu trúc của lớp Helmholtz giữa mặt tinh thể Si và C của SiC [71].
Do sự khác biệt của loại điện tích trên bề mặt giữa các mặt tinh thể SiC như vừa trình bày ở trên dẫn đến sự khác biệt trong cấu trúc của lớp Helmholtz. Ở đây có thể thấy rằng, trong trường hợp mặt Si, các ion của lớp bên trong Helmholtz là ion âm và như vậy lớp bên ngoài của lớp Helmholtz sẽ là ion dương. Do đó, điện trường nội tại trong lớp Helmholtz được định hướng về phía bề mặt tinh thể (như Hình 2.11). Mặc dù độ dày của lớp Helmholtz là mỏng và sự thay đổi điện áp trên lớp này là nhỏ, nhưng điện trường này gây cản trở chuyển điện tử vào SiC, hoặc chuyển lỗ trống vào dung dịch, cái mà chúng ta cần cho quá trình ăn mòn anốt. Ngược lại, đối với mặt C, các ion của lớp bên trong Helmholtz là ion dương và của lớp ngoài là ion âm, do đó, điện trường nội tại của lớp Helmholtz sẽ hỗ trợ cho quá trình trao đổi điện tích giữa mẫu và dung dịch trong quá trình ăn mòn. Sự khác biệt trong cấu trúc
56
của lớp Helmholtz trên mặt C và mặt Si giải thích cho sự khác trong quá trình ăn mòn anốt SiC trên các mặt tinh thể khác nhau [49, 71, 72, 169]. Thực tế, ở cùng điều kiện chế tạo thì mẫu ăn mòn từ mặt C có tốc độ ăn mòn nhanh hơn từ mặt Si. Cho tới nay, cấu trúc cột xốp chỉ được tạo thành khi ăn mòn anốt cSiC từ mặt C.