7. Bố cục của luận án
2.1.3. Phương pháp ăn mòn hóa học có hỗ trợ kim loại (MACE)
Vật liệu ban đầu dùng để chế tạo các hệ thanh hoặc dây Si là các phiến Si với định hướng tinh thể (100) loại n và loại p với các điện trở suất khác nhau thay đổi như sau:
- Phiến Si (100) loại n pha tạp P, điển trở suất 1 ÷ 10 Ωcm (n); Xuất xứ: Hãng Okmetic, Phần Lan.
- Phiến Si (100) loại p pha tạp B, điện trở suất 5 ÷ 10 Ωcm (p-); Xuất xứ: Hãng Okmetic, Phần Lan.
- Phiến Si (100) loại p pha tạp B, điện trở suất 0,004 ÷ 0,01 Ωcm (p+); Xuất xứ: Hãng Wacker, Đức
Kim loại Ag được lắng đọng trên bề mặt đế Si nhờ sử dụng phương pháp lắng đọng hóa học với dung dịch lắng đọng là hỗn hợp dung dịch gồm HF và AgNO3. Dung dịch được sử dụng để ăn mòn đế Si có bao phủ các hạt Ag trên bề mặt là hỗn hợp dung dịch bao gồm HF và H2O2. Thông số của các loại hóa chất đã được sử dụng để chế tạo các hệ thanh, dây nano Si trong luận án được liệt kê trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Thông số các loại hóa chất.
STT Tên hóa chất Công thức hóa học Độ tinh chất (%) Nguồn gốc
1 Bạc nitrat AgNO3 99,7 TQ
2 Acetone C3H6O 96,1 TQ
49
STT Tên hóa chất Công thức hóa học Độ tinh chất (%) Nguồn gốc
4 Axit nitric HNO3 65 ÷ 68 TQ
5 Axit sunfuric H2SO4 95 ÷ 98 TQ
6 Ethanol C2H5OH 99,7 TQ
7 Hydro peroxit H2O2 ≥ 30 TQ
8 Nước khử ion H2O 100 ITIMS
Quy trình chế tạo Si-NWs bằng phương pháp MACE gồm có các bước chính sau đây: Bước 1, phiến Si loại n và loại p được cắt thành các phiến nhỏ với kích thước 1x1 cm2. Bước 2, phiến Si được làm sạch bề mặt bằng các dung dịch khác nhau. Mục đích của công đoạn này là tạo bề mặt Si sạch, không có tạp chất. Các loại tạp chất tồn tại trên bề mặt phiến bao gồm các hợp chất hữu cơ, vô cơ, các hạt kim loại và lớp oxit tự nhiên do. Quá trình tẩy bỏ tạp chất được thực hiện lần lượt theo các công đoạn, mỗi công đoạn kết thúc được rửa lại bằng nước khử ion.
- Sử dụng dung dịch acetone và nước khử ion để làm loại bỏ tạp, bụi bẩn trên bề mặt phiến Si.
- Tiếp theo, ngâm phiến Si trong dung dịch (H2SO4: H2O2) theo tỉ lệ (3:1) từ 2 ÷ 10 phút để loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ.
- Tiếp tục ngâm phiến Si trong dung dịch (HNO3:H2O) theo tỉ lệ (1:10) từ 2 ÷ 10 phút để loại bỏ nhiễm bẩn kim loại bằng cách.
- Cuối cùng, ngâm phiến Si trong dung dịch (HF:H2O) theo tỉ lệ (1:20) từ 1 ÷ 2 phút để loại bỏ lớp oxit trên bề mặt. Rửa lại bằng nước khử ion và để khô trong không khí.
Bước 3, sau khi được làm sạch, phiến Si được ngâm trong dung dịch gồm HF (nồng độ 4,6M) và AgNO3 (nồng độ khác nhau) trong thời gian 1 phút tại điều kiện nhiệt độ phòng để lắng đọng các hạt Ag trên bề mặt. Sau bước này, trên bề mặt mẫu sẽ hình thành một lớp các hạt Ag có kích thước khác nhau tùy thuộc vào nồng độ dung dịch tạo hạt. Cụ thể trong luận án, kích thước của hạt
50
Ag lắng đọng lên trên bề mặt phiến Si thay đổi bằng cách thay đổi nồng độ của AgNO3 trong dung dịch lần lượt là 10, 15, 20, 25, 30 và 35 mM.
Để tiến hành ăn mòn tạo thanh hoặc dây nano Si, các phiến Si sau khi được bao phủ bởi một lớp các hạt Ag sẽ được ngâm trong hỗn hợp dung dịch gồm 4.8 M HF và 0.4 M H2O2 tại điều kiện nhiệt độ phòng. Để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ăn mòn đến chiều dài cũng như kích thước của Si-NWs tạo thành quá trình ăn mòn Si sẽ được khảo sát theo các khoảng thời gian khác nhau. Các mẫu Si-NWs sau khi chế tạo được rửa sạch lại bằng nước cất và để khô trong môi trường không khí. Sau đó đem đi đo đạc, khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt cũng như tính chất của vật liệu.
Bằng phương pháp MACE các mẫu Si-NWs khác nhau được chế tạo theo quy trình trên. Tham số của các mẫu chế tạo và tỉ lệ nồng độ hỗn hợp các dung dịch đã được sử dụng đế lắng đọng hạt Ag và hỗn hợp dung dịch ăn mòn tạo Si-NWs được liệt kê cụ thể như trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 Tham số của mẫu chế tạo và tỉ lệ nồng độ hỗn hợp dung dịch.
STT Ký hiệu mẫu Loại Si Điện trở suất (Ωcm)
Dung dịch tạo hạt Ag Dung dịch ăn mòn HF (M) AgNO3 (mM) HF (M) H2O2 (M) 1 nSi-Ag10 n 1÷10 4.6 10 4.8 0.4 2 nSi-Ag15 n 1÷10 4.6 15 4.8 0.4 3 nSi-Ag20 n 1÷10 4.6 20 4.8 0.4 4 nSi-Ag25 n 1÷10 4.6 25 4.8 0.4 5 nSi-Ag30 n 1÷10 4.6 30 4.8 0.4 6 nSi-Ag35 n 1÷10 4.6 35 4.8 0.4 7 pSi-Ag25 p 5÷10 4.6 25 4.8 0.4 8 pSi-Ag30 p 5÷10 4.6 30 4.8 0.4 9 p+Si-Ag25 p 0.004÷0.01 4.6 25 4.8 0.4 10 p+Si-Ag30 p 0.004÷0.01 4.6 30 4.8 0.4
51