- Trường hợp mật độ dòng từ JaN3 trở lên thì không có sự tạo thành lớp xốp, thay
3.2.5.Sự phụ thuộc của mật độ dòng ngưỡng và tốc độ ăn mòn vào CHF
Mật độ dòng ngưỡng
Như đã nói ở trên, khi chúng tôi thay đổi nồng độ HF trong dung dịch điện hóa thì quy luật thay đổi hình thái của lớp xốp theo sự thay đổi của Ja là không đổi. Tuy
nhiên giá trị JaN là khác nhau cho các nồng độ HF khác nhau. Khi CHF càng lớn thì
giá trị JaN càng cao. Nếu gọi JaN1 là mật độ dòng ngưỡng để hình thái lớp xốp bắt
đầu có dạng cột xốp nhỏ sâu, JaN2 là mật độ dòng ngưỡng để hình thái lớp xốp bắt
đầu có dạng cột xốp lớn nông thì chúng tôi thu được các kết quả thực nghiệm về giá trị của các mật độ dòng ngưỡng này tương ứng với các nồng độ HF khác nhau như thể hiện trên Bảng 3.5. Từ các giá trị thực nghiệm này, chúng tôi đã sử dụng chương trình exel để đưa ra hàm mô tả quy luật phụ thuộc của mật độ dòng ngưỡng vào nồng độ HF. Ở đây chúng tôi thử với hàm mũ vì đây là hàm mà các tài liệu tham khảo [44, 86, 92] đã cho thấy là phù hợp nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi tìm dòng ngưỡng đối với ăn mòn anốt tạo xốp Si, đây là vật liệu có nhiều điểm tương
85
đồng nhất với PSiC cả về phương pháp chế tạo, tính chất và cơ chế ăn mòn anốt, như đã trình bày trong Chương 1 và 2. Các hàm mô tả quy luật phụ thuộc của các mật độ dòng ngưỡng vào nồng độ HF như sau:
JaN1 = 3,06(CHF)1,63 (3.5)
JaN2 = 7,32(CHF)1,66 (3.6) Trong các phương trình trên, JaN1 và JaN2 là các mật độ dòng ngưỡng, CHF là nồng độ
HF trong dung dịch nước của HF.
Bảng 3.5. Các giá trị thực nghiệm của mật độ dòng ngưỡng ứng vớicác nồng độ HF khác nhau trong dung dịch điện phân.
CHF(%) Giá trị của mật độ dòng ngưỡng (mA/cm 2) JaN1 JaN2 0,3 0,4 1,0 0,5 1,0 2,3 0,7 1,8 4,2 0,9 2,7 6,0 1,0 3,3 6,9 1,5 5,3 15,0 2,0 9,5
Từ giá trị thực nghiệm và giá trị tính bằng công thức 3.5-3.6, chúng tôi dựng đồ thị mô tả sự thay của mật độ dòng điện hóa theo nồng độ HF với các giá trị thực nghiệm (các điểm tam giác hoặc hình vuông) và mô phỏng (đường đứt nét) như biểu diễn trên Hình 3.11. Đồ thị này cho thấy khi nồng độ HF tăng thì mật độ dòng ngưỡng JaN1 và JaN2 sẽ tăng rất mạnh. Chúng tôi cho rằng kết quả nghiên cứu này
cũng đúng cho trường hợp ăn mòn anốt SiC tinh thể. Và kết quả này giải thích tại sao cho đến nay trong các công bố hình thái cột xốp rất ít được quan sát thấy khi ăn mòn anốt SiC. Thực tế kết quả nghiên cứu của Newby [110] khi ăn mòn anốt 6H- SiC trong dung dịch 10% HF cho thấy với mật độ dòng là 50 mA/cm2 thì hình thái của lớp xốp vẫn chỉ có dạng bọt biển và chỉ khi mật độ dòng đạt tới 200 mA/cm2 thì hình thái của lớp xốp mới có dạng cột xốp.
86
Hình 3.11. Đồ thị mô tả sự thay đổi giá trị của mật độ dòng ngưỡng theo nồng độ HF với các điểm tam giác hoặc hình vuông là các giá trị thực nghiệm, còn các đường đứt nét là
giá trị tính theo các công thức 3.5-3.6.
Các kết quả nghiên cứu của chúng tôi về sự ảnh hưởng của nồng độ HF lên giá trị của mật độ dòng tới hạn còn có thể giải thích được tại sao cho tới nay vẫn chưa có một bức tranh nghiên cứu nào hoàn chỉnh về sự ảnh hưởng của mật độ dòng điện hóa lên hình thái của lớp SiC xốp. Lý do là thông thường các nghiên cứu đều hay dùng nồng độ HF khá cao, thường là trên 5% [47, 76, 110].
Tốc độ ăn mòn
Các ảnh SEM mặt cắt đã chỉ ra ở trên Hình 3.4 và 3.5 cho thấy độ dày của lớp aSiC xốp thay đổi khi mật độ dòng anốt thay đổi. Điều này cũng có nghĩa là tốc độ ăn mòn anốt trung bình (va) khi ăn mòn anốt aSiC trong dung dịch HF/H2O thay đổi theo mật độ dòng anốt bởi vì ta có tốc độ ăn mòn anốt trung bình được tính bằng công thức: va = d/ta (3.7) trong đó d là độ dày của lớp xốp, ta là thời gian ăn mòn.
Ở đây ta có thể thấy rõ quy luật sau đây. Khi Ja tăng thì đầu tiên va cũng tăng
theo, sau đó khi tăng Ja lên nữa thì va lại giảm dần. Trên Hình 3.12a là đồ thị của các
87
HF/H2O có CHF khác nhau với các mật độ dòng anốt khác nhau. Từ đồ thị này ta có
thể thấy rõ rằng khi tăng Ja sẽ có một mật độ dòng cho giá trị va cực đại (vamax), các
kết quả thí nghiệm đã cho thấy rằng giá trị này nằm trong vùng mà mật độ dòng ăn mòn anốt tạo ra lớp aSiC xốp có hình thái cột xốp nhỏ sâu.
Thêm nữa, khi so sánh các ảnh SEM trên Hình 3.5 và thời gian ăn mòn các mẫu 3i-aSiC trong các dung dịch HF có nồng độ khác nhau, ta thấy rõ ràng rằng va tăng
khi CHF tăng. Các giá trị vamax ứng với các nồng độ HF khác nhau được thể hiện trên