 |
|
Механизм осаждения серебра на ПК
Рассмотрим механизм иммерсионного осаждения серебра на ПК. Известно, что восстановление катионов серебра до атомарной формы происходит за счет присоединения электронов:
| Ag+(aq) + e- → Ag(surf) | (7) |
Источниками электронов восстановления при использовании подложек на основе кремния являются непосредственно атомы Si. Благодаря положительному окислительно-восстановительному потенциалу Ag, катионы этого металла способны окислять поверхность кремния, забирая у него электроны. Поэтому при погружении Si в водные растворы солей Ag происходит одновременное восстановление атомов металла и образование под ними диоксида кремния:
| 2Si(surf) + H2O → Si-O-Si(surf) + 2H+(aq) + 2e- | (8) |
Очевидно, что длительная выдержка монокристаллического кремния в водных растворах солей серебра обуславливает формирование сплошного слоя SiO2, который препятствует контакту реагентов из раствора и атомов Si, что приводит к прекращению восстановления металла. Это ограничивает количество и равномерность распределения осадка на подложке даже при высокой концентрации катионов серебра в исходном растворе. В случае применения ПК значительный вклад в процесс восстановления атомов серебра вносит присутствие на его развитой поверхности Si-Hx групп, которые возникают в результате гидратирования связей атомов Si, оборванных в процессе электрохимического вытравливания пор. Si-Hx характеризуются повышенной реакционной активностью и легко окисляются, также поставляя электроны для восстановления серебра:
| 2Si-H(surf) + H2O → Si-O-Si(surf) + 4H+(aq) + 4e- | (9) |
Таким образом, ПК играет роль не только формообразующей подложки, которая способствует возникновению на поверхности серебряного осадка шероховатостей наноразмерного диапазона, но и является источником гораздо большего числа центров зарождения и электронов восстановления атомов Ag по сравнению с монокристаллическим Si.
Литература
11. Porosity and pore size distributions of porous silicon layers / R. Herino [et al.] // J. Electrochem. Soc. – 1987. – Vol. 134, № 8. – P. 1994–2000.
27. Наноэлектроника : учеб. пособие для студентов специальности «Микроэлектроника» : в 3 ч. / В.Е. Борисенко, А.И. Воробьева. – Минск : БГУИР, 2003. – Ч. 2 : Нанотехнология. – 2003. – 48 с.
28. Лабунов, В.А. Формирование пористого кремния на кремнии n+-типа проводимости / В.А. Лабунов, В.П. Бондаренко, Л.К. Глиненко // Известия АН БССР. – 1983. – № 1. – С. 55–59.
29. Lehmann V. On the morphology and the electrochemical formation mechanism of mesoporous silicon / V. Lehmann, R. Stengl, A. Luigart // Mat. Sci. Eng. B. – 2000. – Vol. 69–70. – P. 11–22.
30. Herino, R. Nanocomposite materials from porous silicon / R. Herino // Mat. Sci. Eng. B. – 2000. – Vol. 69–70. – P. 70–76.
31. Granitzer, P. Porous silicon – a versatile host material / P. Granitzer, K. Rumpf // Materials. – 2010. – Vol. 3. – P. 943–998.
32. Grosman, А. Chemical composition of fresh porous silicon / A. Grosman, C. Ortega // Properties of porous silicon / L.T. Canham; ed. by L.T. Canham. – London, INSPEC, 2004. – Chap. 5, sec. 5.1. – P. 145–153.
33. Canham, L.T. Chemical composition of ‘aged’ porous silicon / L.T. Canham // Properties of porous silicon / L.T. Canham; ed. by L.T. Canham. – London, INSPEC, 2004. – Chap. 5, sec. 5.2. – P. 154–157.