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Formation et évaluation d'un substrat de silicium avec des couches de silicium poreux hautement dopées formées par gravure chimique assistée par métal

Résumé

Le silicium poreux (Si) est un matériau à faible conductivité thermique, qui a un potentiel élevé pour les dispositifs thermoélectriques. Cependant, les faibles performances de sortie du Si poreux entravent le développement des performances thermoélectriques en raison de la faible conductivité électrique. La grande résistance de contact du contact non linéaire entre le Si poreux et le métal est l'une des raisons de la réduction de la conductivité électrique. Dans cet article, p - et n -type Si poreux ont été formés sur substrat Si par gravure chimique assistée par métal. Pour diminuer la résistance de contact, p - et n -les dopants de type spin sont utilisés pour doper un élément d'impureté dans p - et n -type surface Si poreuse, respectivement. Par rapport au substrat Si avec des échantillons poreux non dopés, un contact ohmique peut être obtenu, et la conductivité électrique de p dopé - et n -type Si poreux peut être amélioré à 1160 et 1390 S/m, respectivement. Par rapport au substrat Si, les résistances de contact spéciales pour le p dopé - et n -La couche de Si poreux de type diminue à 1,35 et 1,16 mΩ/cm 2 , respectivement, en augmentant la concentration en porteurs. Cependant, l'augmentation de la concentration en porteurs induit la baisse du coefficient de Seebeck pour p - et n -substrats de type Si avec des échantillons de Si poreux dopés à 491 et 480 μV/K, respectivement. Le facteur de puissance est lié au coefficient Seebeck et à la conductivité électrique du matériau thermoélectrique, qui est un facteur essentiel qui évalue ses performances de sortie. Par conséquent, même si les valeurs du coefficient Seebeck des substrats Si avec des échantillons de Si poreux dopé diminuent, la couche de Si poreux dopé peut améliorer le facteur de puissance par rapport aux échantillons non dopés en raison de l'amélioration de la conductivité électrique, ce qui facilite son développement pour une application thermoélectrique.

Introduction

De nos jours, la conversion d'énergie thermoélectrique, qui peut convertir une chaleur perdue en énergie électrique, est considérée comme une technologie importante pour atténuer la pression de la pénurie d'énergie en augmentant l'efficacité d'utilisation de l'énergie [1]. En particulier, diverses applications de capteurs sont très demandées pour la future société de communication de l'information [2, 3]. Les technologies de microfabrication basées sur des matériaux thermoélectriques ont été étudiées pour réaliser des dispositifs thermoélectriques très efficaces et compacts [4,5,6]. Les performances thermoélectriques des matériaux thermoélectriques sont évaluées par le facteur de mérite ZT = бS 2 T/к , où б est la conductivité électrique, S Coefficient de Seebeck, T température absolue, et к conductivité thermique [7]. Le facteur de puissance, бS 2 , est la puissance de sortie maximale générée d'un matériau et est donc utilisée pour estimer ses performances de sortie.

Matériaux thermoélectriques courants, tels que Bi2 Te3 et Sb2 Te3 , contiennent des matériaux rares et toxiques, ce qui rend la production à grande échelle difficile. Le Si est considéré comme l'un des candidats alternatifs à appliquer aux dispositifs thermoélectriques car il est abondant et largement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs [8]. Cependant, le Si n'est pas un matériau thermoélectrique idéal en raison de sa conductivité thermique élevée (~ 150 W/mK) et de son faible ZT valeur (0.006) [9]. Récemment, il a été prouvé que le Si nanostructuré diminue la conductivité thermique à 1,6 W/mK, puis améliore le ZT valeur à 0,6 à 300 K [10]. Des générateurs thermoélectriques à base de nanofils de Si sont fabriqués avec succès récemment [11, 12]. Cependant, les performances de ces générateurs thermoélectriques sont encore faibles car les réseaux de nanofils de Si sont difficiles à garantir le diamètre uniforme et la surface lisse, qui sont fortement liés au ZT valeur.

Le Si poreux, comme l'une des nanostructures de Si, est considéré comme l'un des candidats pour les matériaux thermoélectriques à partir des travaux théoriques et expérimentaux [13,14,15]. Cependant, les performances de sortie inadéquates du Si poreux limitent son développement de dispositifs thermoélectriques en raison de sa faible conductivité électrique. De nombreux travaux ont montré que le contact électrique entre un métal et le Si poreux montre un comportement non linéaire en raison de la barrière d'énergie potentielle entre le métal et le Si poreux [16, 17]. La raison en est que les états de surface importants sur le Si poreux et l'effet de piégeage en surface provoquent l'épuisement de la concentration en porteurs à la surface du Si poreux [18]. C'est un défi pour la fabrication de générateurs thermoélectriques car une grande perte parasite provient de la résistance électrique à l'interface [19]. De plus, cette augmentation de la barrière diminue également la conductivité électrique apparente du Si poreux à plusieurs ordres de grandeur par rapport à celle du Si massif, ce qui entraîne un faible facteur de puissance [20].

Le dopage d'impuretés à l'aide d'un dopant de spin (SOD) est une méthode de modification de surface pour augmenter la conductivité électrique en augmentant la concentration de porteurs sur la surface de Si. Contrairement à l'implantation ionique, le dopage d'impuretés avec la SOD est un processus moins dommageable [21]. Certains travaux ont indiqué qu'un nanofil de Si dopé par SOD présente une conductivité électrique élevée [22, 23]. Boor et al. ont trouvé que la conductivité électrique d'un film de Si poreux formé par la méthode électrochimique peut être améliorée après dopage avec de la SOD [24]. Cependant, la caractéristique de contact électrique du Si poreux dopé avec de la SOD n'a pas été étudiée dans les études précédentes et est un paramètre important pour les dispositifs thermoélectriques. De plus, l'étude de l'effet de dopage SOD sur les performances de sortie d'un substrat de Si avec une couche de Si poreux est rare. Contrairement à la méthode électrochimique, nous avons utilisé une gravure chimique assistée par métal (MACE) pour former du Si poreux. MACE est une méthode simple et productible en masse utilisant une technique de gravure humide, qui peut synthétiser diverses nanostructures, notamment des nanofils de Si et du Si poreux [25,26,27]. De plus, il peut former des nanopores droits à une vitesse de gravure plus rapide que celle des autres méthodes.

Dans cette étude, p - et n Des substrats de type Si avec des couches de Si poreux ont été formés par MACE, et le coefficient Seebeck, la conductivité électrique et le contact électrique ont été évalués sur les couches de Si poreux dopées avec différents types de SOD. Premièrement, le coefficient Seebeck de p - et n- Le type Si poreux formé par MACE ont été étudiés et la concentration en porteurs de la couche dopée avec de la SOD a été évaluée pour vérifier l'effet de dopage. Ensuite, les conductivités électriques et les caractéristiques de contact des substrats de Si avec des couches de Si poreux dopés ont été mesurées à l'aide des caractéristiques courant-tension. De plus, le contact électrique entre le métal et la couche de Si poreux dopé a été évalué en termes de résistance de contact spéciale. Enfin, les facteurs de puissance de p - et n -Des substrats de type Si avec des couches de Si poreux dopés ont été évalués et comparés à des échantillons non dopés.

Méthodes

(100) orienté p -type (10,0 mΩ-cm) et n -type (10,0 mΩ-cm) substrats Si d'une taille de 2 × 2 cm 2 ont été successivement nettoyés dans de l'acétone, de l'éthanol, de l'eau déminéralisée et une solution de piranha (H2 SO4 :H2 O2 dans un rapport volumique de 2:1). Ensuite, le p - et n -Des couches de Si poreux de type ont été formées sur les substrats de Si par le procédé MACE comme suit. Tout d'abord, les substrats de Si ont été immergés dans un mélange de 0,14 M HF et 5 × 10 –4 M AgNO3 solutions pendant 7 min à température ambiante. Dans cette procédure, des nanoparticules d'Ag, d'un diamètre allant de 80 à 180 nm, ont été déposées sur la surface de Si, comme le montre la figure 1. Ensuite, des substrats de Si déposés avec des nanoparticules d'Ag ont été immergés dans une solution de gravure contenant 25 ml de Solution HF à 49 %, 10 ml de H2 à 35 % O2 solution et 5 ml d'eau déminéralisée dans un rapport volumique de 5:2:1 à température ambiante. La réaction de gravure se déroule avec des processus d'anodisation électrique locale et d'élimination des oxydes. Les nanoparticules d'Ag oxydent immédiatement la surface de Si à l'interface par anodisation locale, et l'oxyde est gravé par HF dans la solution. Au fur et à mesure de la gravure, les nanoparticules d'Ag pénètrent dans le Si pour une gravure ultérieure. Par conséquent, une couche de Si poreux est formée. Il est rapporté que le taux de formation poreuse pour p -type Si est plus lent que celui pour n -type Si [28]. L'épaisseur de Si poreux est contrôlée par le temps de gravure. Dans nos expériences, le temps de gravure de p -le type Si est sélectionné à 2 min 40 s tandis que celui de n -type Si est traité pendant 2 min pour obtenir un film de Si poreux d'environ 20 μm. Enfin, les substrats de Si ont été nettoyés par de l'acide nitrique à 10 % pour éliminer les nanoparticules d'Ag suivi d'un nettoyage à l'eau déminéralisée. La porosité de la couche de Si poreux est définie comme suit,

$${\rm{Porosité}} =\frac{{m_{1} - m_{2} }}{pv}$$ (1)

m 1 est la masse de l'échantillon initial, m 2 est la masse de l'échantillon après formation de la couche de Si poreux, p, v est la densité et le volume de la couche de Si monocristalline gravée d'origine. Les morphologies du film de Si poreux ont été observées au microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM).

Substrat de Si avec procédé de formation de couche de Si poreux utilisant une gravure chimique assistée par métal. un Substrat Si nettoyé. b Dépôt de nanoparticules d'Ag. c gravure avec une solution HF. d Élimination des nanoparticules d'argent

La figure 2a, b illustre les images en coupe de p - et n -type films Si poreux formés par MACE. L'épaisseur de p - et n -type de films Si poreux est d'environ 20 μm, ce qui est ajusté par le temps de gravure. Les diamètres moyens des pores de p - et n -Les films Si poreux de type sont de 130 nm et 125 nm, respectivement, et les porosités de p - et n -Les films de Si poreux de type sont respectivement à 35% et 31%.

Microstructures de couches de Si poreux pour a p -taper et b n -type

Les impuretés de bore ou de phosphore ont été dopées dans la couche de Si poreux pour former p -type ou n -Couche Si de type, respectivement, en utilisant un SOD (Filmtronics Inc. USA). La SOD a été appliquée sur la surface par centrifugation à 3000 tr/min pendant 30 s. Ensuite, l'échantillon a été cuit à 110 °C pendant 15 minutes pour durcir le film de SOD. Ensuite, les échantillons ont été placés dans un four tubulaire en quartz et recuits à 1100 °C pendant 3 h dans N2 environnement pour diffuser les atomes dopants dans le Si poreux. Enfin, les échantillons ont été immergés dans une solution HF pour éliminer SiO2 et nettoyer la surface. Pour valider l'effet de dopage sur la couche de Si poreux, la concentration en porteurs de la couche de Si poreux non dopé et dopé a été mesurée par un système de mesure à effet Hall [17].

Deux motifs d'électrodes métalliques ont été formés séparément sur le film de Si poreux et la face arrière du substrat de Si pour la mesure du coefficient de Seebeck dans le plan croisé des échantillons à température ambiante, comme le montre la figure 3a. La couche de Si poreux a été formée sur la demi-zone de la plaquette de Si, et la partie restante de Si a été gravée sur 30 μm de profondeur à l'aide d'une gravure ionique réactive profonde (RIE). Ensuite, du SiO2 de 1 μm d'épaisseur Le film a été déposé sur la surface par dépôt chimique en phase vapeur de tétraéthoxysilane (TEOS-CVD) pour diminuer la perte de chaleur vers l'atmosphère ambiante. Deux 1 × 1 mm 2 des fenêtres de contact carrées ont été formées sur le SiO2 film. Après cela, deux 1 × 2 mm 2 -des électrodes rectangulaires en Ti-Au de 300 nm d'épaisseur ont été formées par évaporation par faisceau d'électrons pour les plots de contact. Enfin, deux éléments Peltier commerciaux ont été mis en contact avec le substrat Si pour créer un gradient de température le long de la direction dans le plan. Les températures T 1 et T 2 à deux électrodes ont été mesurées par des thermocouples et la différence de température ΔT ont été obtenus. La tension générée ΔV a été mesurée par un électromètre. Le coefficient Seebeck de l'échantillon a été obtenu à partir de l'équation ci-dessous :

$$S =- \frac{\Delta V}{{\Delta T}}$$ (2)

un Illustration du dispositif de mesure du coefficient Seebeck; illustration de l'appareil pour la mesure de la conductivité électrique et de la résistance de contact spéciale :b substrat Si; c Substrat Si avec couche Si poreuse

Le courant (I )–tension (V ) les caractéristiques ont été mesurées pour p -type vrac Si, n -type Si massif et Si poreux dopé/non dopé en utilisant des configurations de mesure latérales et verticales, comme le montre la Fig. 3b, c. Trois électrodes en Al de 200 nm d'épaisseur (« 1 », « 2 » « 3 ») d'une taille de 0,6  ×   0,6 mm 2 ont été formés sur la face supérieure des échantillons de Si en vrac et une électrode en Al (« 4 ») a également été formée sur la face arrière, comme le montre la figure 3b. Afin d'établir le contact électrique, un fil de cuivre a été collé sur l'électrode '4' à l'aide d'une pâte d'argent. La distance de centre à centre entre les électrodes d'aluminium « 12 », « 23 », « 13 » était de 0,2, 0,3, 0,56 cm, respectivement. Les échantillons de Si en vrac ont été recuits à 450 ℃ pendant 30 min pour confirmer le contact ohmique entre Al et Si. Pour mesurer la résistance de contact spéciale, les résistances latérales entre trois électrodes ont été mesurées à l'aide d'une sonde à haute sensibilité. Pour mesurer la conductivité électrique verticale du substrat en Si massif, la conductance électrique entre les électrodes d'Al "2" à "4" a été mesurée. Pour mesurer les propriétés électriques des échantillons de Si poreux avec et sans dopage, un SiO2 de 2 µm d'épaisseur couche a été déposée sur le film de Si poreux par CVD d'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS-CVD) pour éviter les dommages mécaniques à la couche de Si poreux de la sonde électrique. Trois 0,6 × 0,6 mm 2 SiO2 les fenêtres ont été formées en gravant le SiO2 couche utilisant en partie un HF tamponné pour établir un contact électrique. Ensuite, trois 1,0 × 0,6 mm 2 Des électrodes en Al ont été formées sur le SiO2 couche avec le SiO2 fenêtres, comme le montre la figure 3c. Ainsi, la sonde peut physiquement entrer en contact avec les électrodes d'Al étendues pour établir un contact électrique avec le film de Si poreux.

Résultats et discussion

La figure 4 montre que la tension générée par rapport à la différence de température sur le substrat de Si avec des échantillons de Si poreux dopés et non dopés. Les valeurs calculées du coefficient Seebeck de différents échantillons sont présentées dans le tableau 1. Le coefficient Seebeck pour le Si en vrac p et de type n est de 450 et 485 μV/K, respectivement, et le coefficient Seebeck pour p et n -Les substrats Si de type avec l'échantillon de Si poreux non dopé montrent des valeurs plus élevées de 696 et 650 μV/K, respectivement. Cette raison de la différence de coefficient de Seebeck est due à l'effet de filtrage d'énergie et à l'effet de diffusion de surface [29,30,31]. Après le processus de dopage, le coefficient Seebeck de p et n substrats de type Si avec les échantillons de Si poreux dopé diminue à 491 et 480 μV/K en raison de l'augmentation de la concentration en porteurs sur les couches de Si poreux dopé. Cependant, pour l'ensemble de l'échantillon de Si poreux dopé, la couche de Si poreux dopé est mince et la partie restante de la couche de Si poreux n'est toujours pas dopée. Par conséquent, même si la concentration en porteurs de la couche de Si poreux dopé est supérieure à celle du Si en vrac, le coefficient de Seebeck de l'échantillon de Si poreux dopé entier (couche de Si poreux dopé + couche de Si poreux non dopé) est proche de celui des échantillons de Si en vrac.

Tension générée en fonction de la différence de température sur des substrats de Si avec les couches de Si poreuses de type n et p dopées et non dopées

En général, le coefficient Seebeck est composé de la partie diffusion de charges S d et phonon drag partie S ph . Parce que tous les échantillons sont fortement dopés (~ 10 18 ) et les mesures sont effectuées à température ambiante, le S ph la valeur est bien inférieure à S d , résultant en S S d [32]. Ainsi, le coefficient Seebeck peut également être affiché en tant que boursiers [33],

$$S =\frac{{8\pi^{2} k_{{\rm{B}}}^{2} T}}{{3qh^{2} }}m^{*} \left( { \frac{\pi }{3n}} \right)^{2}$$ (3)

k B est la constante de Boltzmann, h est la constante de Planck, T est la température absolue, m * est la masse effective de l'état, q est la charge électronique et n est la concentration en porteurs. Par conséquent, la concentration de porteurs n est un facteur important qui détermine la valeur du coefficient Seebeck.

Pour mieux comprendre la relation entre la concentration en porteurs et le coefficient Seebeck, la concentration en porteurs de p et n Les couches de Si poreux dopés et non dopés de type -type ont été mesurées par mesure de Hall. La concentration de porteurs de p et n -Les couches de Si poreux non dopés sont de 1,3 × 10 18 et 1,35 × 10 18 cm −3 , respectivement, tandis que la concentration en porteurs de p - et n -Les couches de Si poreux dopé de type sont augmentées à 4,6 × 10 19 et 2,3 × 10 19 cm −3 après dopage SOD. Comme référence, la concentration en porteurs de p - et n -Les substrats de type Si sont 2,3 × 10 19 et 9.0 × 10 18 cm −3 , respectivement. Le coefficient Seebeck du substrat Si avec des échantillons de Si poreux dopé diminue en raison de l'augmentation de la concentration de porteurs causée par la couche de Si poreux dopé.

La figure 5a illustre le IV courbes de p - et n -type de couches massives de Si le long de la direction de l'épaisseur de la plaquette. Les résistances totales de p - et n -Les couches de Si en vrac de type sont de 1,12 et 0,65 Ω tandis que la résistance intérieure estimée de p - et n -type en vrac Si est à la fois seulement 0,08 Ω; ainsi, les résistances totales de p - et n -Les couches de Si massif de type sont principalement déterminées par la résistance de contact. Depuis p - et n -les substrats Si massifs de type sont tous deux fortement dopés (~ 10 19 ), le contact électrique entre le plot Al et le substrat Si serait un contact ohmique. Cependant, JeV caractéristiques de p - et n -Les substrats de Si avec des couches de Si poreux non dopés présentent une courbe non linéaire, comme le montre la Fig. 5b. Dans ce cas, nous avons défini la conductivité électrique de ces échantillons à partir du gradient de IV à une tension particulière de 1 V. L'une des raisons de ce comportement non linéaire est que le rapport surface/volume augmente dans les nanostructures et qu'un grand nombre d'états d'énergie de surface se forment à la surface des couches de Si poreux non dopés, d'où la non-linéarité est causée par l'effet de confinement quantique [34]. Contrairement au Si massif, les électrons doivent avoir plus d'énergie pour parcourir l'interface Al-Si poreux, ce qui augmente la résistance de contact et diminue la conductivité électrique totale. De plus, d'autres facteurs, tels que la surface hydrogénée métastable et l'oxyde naturel, ont un effet sur les caractéristiques électriques du Si poreux, ce qui peut également contribuer aux énormes chutes de conductivité électrique [35, 36]. Après le dopage SOD, le contact ohmique est obtenu pour p - et n -substrats de type Si avec Si poreux dopé, comme le linéaire IV La courbe est illustrée à la Fig. 5a, et les conductivités électriques de p Les substrats Si de type et de type n avec des couches de Si poreux dopées augmentent de 150 à 1160 et de 385 à 1390 S/m, respectivement, comme indiqué dans le tableau 1. L'augmentation de la conductivité électrique résulte principalement de la diminution de la résistance de contact parce que la Le dopage SOD affecte principalement la surface du Si poreux. Après le dopage SOD, mince p + ou n + des couches de Si poreux sont formées sur p - et n -type couches Si poreuses, respectivement, et la concentration en porteurs peut atteindre environ 10 19 cm −3 . Par conséquent, les électrons peuvent tunnel à travers l'interface entre Al et Si poreux dopé indépendamment de la barrière de potentiel [37].

Évalué IV caractéristiques des éprouvettes. un p - et n -type Si massif et substrat Si avec Si poreux dopé. b p - et n -substrat de type Si avec Si poreux non dopé

Pour évaluer la caractéristique électrique des éprouvettes, la résistance de contact spécifique est évaluée sur la base de la théorie de mesure de ligne de transmission (TLM), qui est définie comme une résistance de contact par unité de surface [38]. Dans la théorie TLM, la résistance totale R peut être calculé par,

$$R =2R_{{\rm{c}}} + \frac{{p_{i} }}{A}L$$ (4)

R c est la résistance de contact, p i la résistivité intérieure de l'échantillon, L l'espace entre deux électrodes, et A la section transversale. La résistance de contact spécifique p c peut être défini comme p c = R c × A . Par conséquent, l'Éq. 4 peut être converti en multipliant la zone A dans,

$$RA =2p_{c} + p_{i} L$$ (5)

Lorsque la valeur L s'approche de 0, R devient le double de la résistance de contact. Ainsi, p c peut être estimé à partir de la relation entre RA (résistance totale multipliée par la section transversale) et L , comme le montre la Fig. 6. Ainsi, la résistance de contact spécifique p c peut être obtenu à partir de la moitié de la valeur extrapolée à L = 0. Depuis le IV les courbes sont non linéaires, les résistances de contact spécifiques du Si poreux non dopé ne peuvent pas être mesurées. Les résistances de contact spécifiques calculées de p - et n - type Si poreux dopé étaient 1,35 et 1,16 mΩ-cm 2 , respectivement, tandis que p - et n - type vrac Si était de 1,88 et 1,25 mΩ-cm 2 , respectivement. Ce résultat montre que p - et n -type Si poreux dopé avait une résistance de contact spécifique inférieure à p - et n - type vrac Si. Par conséquent, par rapport au substrat Si avec Si poreux non dopé, une résistance de contact inférieure entre Si poreux dopé et métal est attribuée à l'amélioration de la conductivité électrique du substrat Si avec Si poreux dopé.

Relation entre L et RA . un p -type Si massif et substrat Si avec Si poreux dopé. b n -type Si massif et substrat Si avec Si poreux dopé

Le tableau 1 montre le facteur de puissance de p - et n - les substrats de type Si massif et Si avec couche de Si poreux non dopé et dopé. Bien que le coefficient Seebeck de p - et n - les substrats de type Si avec Si poreux diminuent tous les deux via le dopage SOD, le facteur de puissance augmente 4 fois à 280 μW/(m K 2 ) pour p -type alors qu'il augmente 2 fois à 320 μW/(m K 2 ) pour n -type en raison de l'augmentation significative de la conductivité électrique. Dans nos recherches précédentes, la valeur ZT des substrats de Si avec du Si poreux non dopé peut augmenter 7,3 fois plus que celle du Si massif d'origine en raison d'un coefficient Seebeck plus élevé (670 μV/K) et d'une conductivité thermique plus faible (3,8 W/mK) [20] . Cependant, une optimisation supplémentaire de la valeur ZT des substrats de Si avec du Si poreux non dopé est entravée par une conductivité électrique relativement faible. Une faible conductivité thermique peut préserver Si même en dopant Si car le transport de chaleur est principalement régi par des phonons avec un libre parcours moyen supérieur à 100 nm, et ainsi, la conductivité thermique est principalement abaissée par la nanostructuration avec du Si poreux [39]. De plus, le meilleur ZT la valeur du matériau peut être supérieure à 0,1 à température ambiante lorsque la concentration en porteurs est comprise entre 10 19 et 10 21 cm −3 basé sur l'équation de transport de Boltzmann [40]. Par conséquent, le ZT estimé La valeur des substrats Si avec Si poreux dopé peut être améliorée pour être d'environ 0,1 via le dopage SOD, qui est 5 fois plus grande que celle du substrat Si avec Si poreux non dopé (0,02). En conséquence, les substrats de Si avec du Si poreux dopé via le dopage SOD améliorent ses performances thermoélectriques.

Conclusions

Le Si poreux a été synthétisé sur p hautement dopé - et n -type Si massif utilisant la gravure chimique assistée par métal (MACE). Le dopage de surface à l'aide de spin-on-dopant (SOD) a été utilisé pour améliorer les propriétés électriques de p - et n -type Si poreux. Par rapport au p - et n -substrats de type Si avec Si poreux non dopé (696 et 650 μV/K), le coefficient de Seebeck du p - et n -Les substrats de type Si avec Si poreux dopé est réduit à 491 et 480 μV/K en raison de la concentration croissante de porteurs de la couche de Si poreux dopé. Par rapport à la concentration de porteurs de p - et n -type Si en vrac (2,25 × 10 19 et 9,03 × 10 18 cm −3 ), la concentration en porteurs de p - et n -type Si poreux non dopé est diminué à 1,3 × 10 18 et 1,35 × 10 18 cm −3 en raison de l'effet de confinement quantique et d'une plus grande surface, tandis que la concentration de porteurs de p - et n -type Si poreux dopé est augmenté à 4,6 × 10 19 et 2,29 × 10 19 cm −3 après le dopage SOD. Cependant, la SOD ne peut être utilisée que pour doper un film mince de Si poreux. Par rapport à p - et n -type Si poreux non dopé, p - et n -type Si poreux dopé a augmenté la conductivité électrique de 150 à 1160 et 385 à 1390 S/m en raison de la diminution de la résistance de contact. De plus, le contact ohmique peut être obtenu en p - et n -type Si poreux dopé. La résistance de contact spéciale entre Si poreux et Al est réduite à 1,35 et 1,16 mΩ-cm 2 , qui est inférieure à la résistance de contact entre le Si en vrac et l'Al en raison de l'augmentation de la concentration en porteurs. Même si le coefficient Seebeck diminue, le facteur de puissance de p - et n -Le substrat de type Si avec Si poreux dopé est augmenté à 280 et 320 μW/(m·K 2 ), respectivement, en raison de l'amélioration de la conductivité électrique. Par conséquent, le substrat Si avec Si poreux formé par MACE après dopage SOD augmente la conductivité électrique et peut améliorer les performances thermoélectriques du Si poreux, qui devrait être utilisé pour une application thermoélectrique.

Disponibilité des données et des matériaux

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Abréviations

Si :

Silicium

MACE :

Gravure chimique assistée par métal

SOD :

Tourner sur le dopant

FE-SEM :

Microscopes électroniques à balayage à émission de champ

RIE :

Gravure ionique réactive profonde

TEOS-CVD :

Dépôt chimique en phase vapeur de tétraéthoxysilane

TLM :

Mesure de ligne de transmission


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