4. Nội dung của đề tài nghiên cứu
3.1.1. Hình thái và cấu trúc của buồng vi cộng hưởng dựa trên màng silic
silic xốp đa lớp và màng silic xốp đơn lớp
3.1.1. Hình thái và cấu trúc của buồng vi cộng hưởng dựa trên màng silic xốp đa lớp và màng silic xốp đơn lớp đa lớp và màng silic xốp đơn lớp
Sau khi thực hiện các quá trình ăn mòn điện hóa đế silic trong môi trường axit HF 16%, ta thu được hình ảnh các mẫu có sự khác nhau về màu sắc do các điều kiện chế tạo mẫu đã quy định từ trước và ta thấy được tính đồng đều của các mẫu chế tạo được có sự đồng đều nhau về độ xốp cũng như về độ dày của phần silic bị ăn mòn hay còn gọi là lớp xốp.
Sử dụng máy phân tích hình ảnh FE-SEM để chụp ảnh bề mặt cũng như độ dày của lớp xốp đã chế tạo, được thể hiện qua hình 4.1. Với mỗi điều kiện tiến hành thí nghiệm khác nhau ta thu được độ xốp và độ dày lớp xốp ở các mẫu là khác nhau mặc dù cùng thực hiện thí nghiệm trên đế silic loại p; có điện trở suất khoảng 0,01 - 0,015Ωcm.
Hình 3.1: Ảnh SEM của bề mặt mẫu silic xốp với các mật độ dòng là 50mA/cm2(a) và 75mA/cm2(b)
Trên hình ảnh, ta thấy được chia thành các phần với hai màu chính: màu sẫm thể hiện cho các phần có không khí trong mẫu hay được gọi là lỗ xốp, phần màu sáng hơn thể hiện cho lớp silic còn lại sau quá trình ăn mòn silic trong dung dịch axit HF 16%.
Ta so sánh giữa hình 3.1a và hình 3.1b ta thấy mật độ lỗ xốp có sự khác nhau rõ rệt khi ta thay đổi mật độ dòng cho quá trình điện hóa. Với mật độ dòng 75mA có mật độ lỗ xốp lớn hơn so với mật độ lỗ xốp khi cấp dòng là 50mA, điều đó thể hiện được rằng chiết suất hay mật độ của lớp xốp phụ thuộc rất nhiều vào mật độ dòng điện cấp vào bình điện hóa trong quá trình chế tạo đế silic xốp.
Nếu xét theo tiết diện ngang của lớp xốp đối với các mẫu chế tạo có thời gian giống nhau nhưng mật độ dòng điện cấp vào khác nhau (50mA/cm2 và 75mA/cm2) ta cũng thu được kết quả tương ứng, thể hiện qua hình 4.2.
Hình 3.2: Ảnh SEM tiết diện ngang của các cấu trúc silic xốp đa lớp(a) và đơn lớp tương ứng với các mật độ dòng điện cấp vào bình điện hóa là
50mA/cm2ba); 75mA/cm2(c)
Trên hình 3.2 là ảnh SEM của lớp silic xốp đa được chế tạo chụp theo phương ngang của mẫu. Dựa trên các hình ảnh ta thấy rõ được kích thước của lớp silic đã bị ăn mòn. Khi quan sát kĩ ta sẽ thấy hướng ăn mòn để tạo nên lớp silic xốp là hướng vuông góc với bề mặt mẫu, nó cũng là hướng của dòng điện khi tiến hành ăn mòn đặt lên mẫu. Như quan sát thấy trong hình 3.2a, cấu trúc của khe cộng hưởng thể hiện rất rõ ràng. Phía trên và phía dưới là hai gương phản xạ Bragg nằm đối xứng nhau, mỗi gương bao gồm các cặp lớp có chiết suất cao và thấp nằm xen kẽ nhau với độ dài quang học của mỗi cặp lớp là λ/4, xen kẽ giữa hai gương phản xạ Bragg là một vùng đệm có chiết suất thấp (tương ứng với độ xốp cao) có chiều dài quang học là λ/2. Ảnh SEM cho thấy các lớp được chế tạo rất đều đặn
(b
(c)
và mặt phân cách giữa các lớp rất rõ ràng từ đó có thể khẳng định là tôi đã chế tạo thành công cấu trúc silic xốp đa lớp dựa trên mô hình tinh thể quang tử 1D bằng phương pháp ăn mòn điện hóa phiến silic.
Với các kết quả thông qua hình ảnh SEM ta thấy với mật độ dòng điện đặt vào càng cao trong một thời gian nhất định, kích thước của lỗ xốp càng lớn và độ dày lớp xốp càng dày. Từ đây, ta đặt ra giả thiết nếu sử dụng lớp silic xốp có lỗ xốp càng lớn thì khi đặt trong các dung môi hữu cơ hay dung dịch muối của kim loại thì khả năng xâm nhập của các dung môi hay dung dịch muối của kim loại càng lớn. Dẫn tới sự thay đổi chiết suất có chênh lệch lớn, giúp chế tạo cảm biến để phát hiện ra các dung môi hữu cơ hay xác định được nồng độ dung dịch muối kim loại.