Amélioration des performances thermoélectriques : substrats de silicium avec Si poreux hautement dopé par gravure chimique assistée par métal

Résumé

Le silicium (Si) poreux est un matériau à faible conductivité thermique, qui a un potentiel élevé pour les dispositifs thermoélectriques. Cependant, la faible performance de sortie du Si poreux entrave le développement des performances thermoélectriques en raison de sa faible conductivité électrique. La grande résistance de contact due au 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, du Si poreux de type p et n a été formé sur un substrat de Si par gravure chimique assistée par métal. Pour diminuer la résistance de contact, des dopants de type p et n par rotation (spin-on dopants) sont utilisés pour dopper un élément d'impureté dans la surface du Si poreux de type p et n, respectivement. Comparé au substrat de Si avec des échantillons poreux non dopés, un contact ohmique peut être obtenu, et la conductivité électrique du Si poreux de type p et n dopé peut être améliorée à 1160 et 1390 S/m, respectivement. Comparé au substrat de Si, les résistances de contact spécifiques pour la couche de Si poreux de type p et n dopée diminuent à 1,35 et 1,16 mΩ/cm², respectivement, en augmentant la concentration de porteurs. Cependant, l'augmentation de la concentration de porteurs induit la diminution du coefficient de Seebeck pour les substrats de Si de type p et n avec des échantillons de Si poreux dopé à 491 et 480 μV/K, respectivement. Le facteur de puissance est lié au coefficient de Seebeck et à la conductivité électrique du matériau thermoélectrique, ce qui est un facteur vital qui évalue sa performance de sortie. Par conséquent, même si les valeurs du coefficient de Seebeck des substrats de 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 l'application thermoélectrique.

Introduction

De nos jours, la conversion d'énergie thermoélectrique, qui peut convertir la chaleur perdue en énergie électrique, est considérée comme une technologie importante pour soulager la pression de la pénurie d'énergie en augmentant l'efficacité d'utilisation de l'énergie [1]. En particulier, diverses applications de capteurs sont fortement demandées pour la future société de communication informationnelle [2, 3]. Les technologies de microfabrication basées sur les matériaux thermoélectriques ont été étudiées pour réaliser des dispositifs thermoélectriques hautement efficaces et compacts [4,5,6]. La performance thermoélectrique des matériaux thermoélectriques est évaluée par le facteur de mérite ZT = σS²T/κ, où σ est la conductivité électrique, S le coefficient de Seebeck, T la température absolue, et κ la conductivité thermique [7]. Le facteur de puissance, σS², est la puissance de sortie maximale générée par un matériau et est donc utilisé pour estimer sa performance de sortie.

Les matériaux thermoélectriques courants, tels que Bi₂Te₃ et Sb₂Te₃, 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 sa faible valeur de ZT (0,006) [9]. Récemment, le Si nanostructuré a prouvé qu'il pouvait diminuer la conductivité thermique à 1,6 W/mK et améliorer la valeur de ZT à 0,6 à 300 K [10]. Les générateurs thermoélectriques basés sur des nanofils de Si ont été fabriqués avec succès récemment [11, 12]. Cependant, la performance de ces générateurs thermoélectriques reste faible car les réseaux de nanofils de Si sont difficiles à garantir avec un diamètre uniforme et une surface lisse, qui sont fortement liés à la valeur de ZT.

Le Si poreux, en tant que l'une des nanostructures de Si, est considéré comme l'un des candidats pour les matériaux thermoélectriques d'après des travaux théoriques et expérimentaux [13,14,15]. Cependant, la performance de sortie inadéquate du Si poreux limite son développement pour les dispositifs thermoélectriques en raison de sa faible conductivité électrique. De nombreux travaux ont trouvé 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 est que les grands états de surface sur le Si poreux et l'effet de piégeage de surface causent l'appauvrissement de la concentration des porteurs sur 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 de plusieurs ordres de grandeur par rapport à celle du Si massif, résultant en un faible facteur de puissance [20].

Le dopage d'impuretés en utilisant un dopant par rotation (SOD) est une méthode de modification de surface pour augmenter la conductivité électrique en augmentant la concentration de porteurs sur la surface du Si. Contrairement à l'implantation ionique, le dopage d'impuretés avec SOD est un processus moins dommageable [21]. Certains travaux ont indiqué qu'un nanofil de Si dopé par SOD présente une haute conductivité électrique [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 SOD [24]. Cependant, la caractéristique de contact électrique du Si poreux dopé avec SOD n'a pas été étudiée dans les études précédentes et est un paramètre important pour les dispositifs thermoélectriques. De plus, l'investigation de l'effet du dopage SOD sur la performance de sortie du substrat de Si avec une couche de Si poreux est rare. Différent de la méthode électrochimique, nous avons utilisé la gravure chimique assistée par métal (MACE) pour former du Si poreux. MACE est une méthode simple et produisible en masse utilisant une technique de gravure humide, qui peut synthétiser diverses nanostructures y compris les nanofils de Si et le Si poreux [25,26,27]. De plus, il peut former des nanopores droits à un taux de gravure plus rapide que celui des autres méthodes.

Dans cette étude, des substrats de Si de type p et n avec des couches de Si poreux ont été formés par MACE, et le coefficient de 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 de Seebeck du Si poreux de type p et n formé par MACE a été étudié et la concentration de porteurs de la couche dopée avec SOD a été évaluée pour vérifier l'effet du dopage. Ensuite, les conductivités électriques et les caractéristiques de contact des substrats de Si avec des couches de Si poreux dopées ont été mesurées en utilisant les caractéristiques courant-tension. De plus, le contact électrique entre le métal et la couche de Si poreux dopée a été évalué en termes de résistance de contact spécifique. Finalement, les facteurs de puissance des substrats de Si de type p et n avec des couches de Si poreux dopées ont été évalués et comparés avec des échantillons non dopés.

Méthodes

Des substrats de Si de type p (10,0 mΩ-cm) et n (10,0 mΩ-cm) orientés (100) avec une taille de 2 × 2 cm² ont été nettoyés séquentiellement dans l'acétone, l'éthanol, l'eau déionisée et la solution piranha (H₂SO₄:H₂O₂ dans un rapport volumique de 2:1). Ensuite, les couches de Si poreux de type p et n ont été formées sur les substrats de Si par le processus MACE comme suit. Premièrement, les substrats de Si ont été immergés dans un mélange de solutions 0,14 M HF et 5 × 10^–4 M AgNO₃ pendant 7 min à température ambiante. Dans cette procédure, des nanoparticules d'Ag, avec un diamètre variant de 80 à 180 nm, ont été déposées sur la surface du Si, comme montré dans la Fig. 1. Ensuite, les substrats de Si déposés avec des nanoparticules d'Ag ont été immergés dans une solution de gravure contenant 25 ml de solution HF 49%, 10 ml de solution H₂O₂ 35%, et 5 ml d'eau déionisée dans un rapport volumique de 5:2:1 à température ambiante. La réaction de gravure se déroule avec des processus d'anodisation locale électrique et d'élimination d'oxyde. Les nanoparticules d'Ag oxydent immédiatement la surface du Si à l'interface par anodisation locale, et l'oxyde est gravé par le HF dans la solution. Au fur et à mesure que la gravure progresse, les nanoparticules d'Ag pénètrent dans le Si pour une gravure supplémentaire. Ainsi, une couche de Si poreux est formée. Il est rapporté que le taux de formation poreuse pour le Si de type p est plus lent que celui pour le Si de type n [28]. L'épaisseur du Si poreux est contrôlée par le temps de gravure. Dans nos expériences, le temps de gravure du Si de type p est sélectionné à 2 min 40 s tandis que celui du Si de type n est traité pendant 2 min pour obtenir un film de Si poreux d'environ 20 µm. Finalement, les substrats de Si ont été nettoyés par de l'acide nitrique à 10% pour enlever les nanoparticules d'Ag suivi d'un nettoyage à l'eau déionisée. La porosité de la couche de Si poreux est définie comme suit,

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

où m₁ est la masse de l'échantillon initial, m₂ 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 originale de Si monocristallin gravé. Les morphologies du film de Si poreux ont été observées par des microscopes électroniques à balayage à émission de champ (FE-SEM).

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

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

Deux motifs d'électrodes métalliques ont été formés séparément sur le film de Si poreux et le dos du substrat de Si pour la mesure du coefficient de Seebeck en plan transversal des échantillons à température ambiante, comme montré dans la Fig. 3a. La couche de Si poreux a été formée sur la moitié de la surface de la tranche de Si, et la partie restante de Si a été gravée de 30 µm en profondeur en utilisant la gravure ionique réactive profonde (RIE). Ensuite, un film de SiO₂ de 1 µm d'épaisseur 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 fenêtres de contact carrées de 1 × 1 mm² ont été formées sur le film de SiO₂. Après cela, deux électrodes rectangulaires Ti-Au de 1 × 2 mm² et 300 nm d'épaisseur ont été formées par évaporation par faisceau d'électrons pour les plots de contact. Finalement, deux éléments Peltier commerciaux ont été mis en contact avec le substrat de Si pour créer un gradient de température dans la direction du plan. Les températures T₁ et T₂ aux deux électrodes ont été mesurées par des thermocouples et la différence de température ΔT a été obtenue. La tension générée ΔV a été mesurée par un électromètre. Le coefficient de Seebeck de l'échantillon a été obtenu à partir de l'équation ci-dessous :

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

Les caractéristiques courant (I)–tension (V) ont été mesurées pour le Si massif de type p, le Si massif de type n, et le Si poreux dopé/non dopé en utilisant des configurations de mesure latérale et verticale, comme montré dans la Fig. 3b, c. Trois électrodes Al de 200 nm d'épaisseur ('1,' '2,' '3') avec une taille de 0,6 × 0,6 mm² ont été formées sur le côté supérieur des échantillons de Si massif et aussi une électrode Al ('4') a été formée sur le côté arrière, comme montré dans la Fig. 3b. Afin de faire le contact électrique, un fil de cuivre a été collé sur l'électrode '4' en utilisant une pâte d'argent. La distance centre-à-centre entre les électrodes Al '12,' '23,' '13' étaient de 0,2, 0,3, 0,56 cm, respectivement. Les échantillons de Si massif ont été recuits à 450 ℃ pendant 30 min pour confirmer le contact ohmique entre Al et Si. Pour mesurer la résistance de contact spécifique, les résistances latérales entre les trois électrodes ont été mesurées en utilisant une sonde haute sensibilité. Pour mesurer la conductivité électrique verticale du substrat de Si massif, la conductance électrique entre les électrodes Al '2'–'4' a été mesurée. Pour mesurer les propriétés électriques des échantillons de Si poreux avec et sans dopage, une couche de SiO₂ de 2 µm d'épaisseur a été déposée sur le film de Si poreux par CVD de tétraéthyl orthosilicate (TEOS-CVD) pour éviter les dommages mécaniques à la couche de Si poreux par la sonde électrique. Trois fenêtres de SiO₂ de 0,6 × 0,6 mm² ont été formées en gravant partiellement la couche de SiO₂ en utilisant un HF tamponné pour faire le contact électrique. Ensuite, trois électrodes Al de 1,0 × 0,6 mm² ont été formées sur la couche de SiO₂ avec les fenêtres de SiO₂, comme montré dans la Fig. 3c. Ainsi, la sonde peut physiquement contacter les électrodes Al étendues pour faire le contact électrique avec le film de Si poreux.

Résultats et Discussion

La Figure 4 montre la tension générée en fonction de la différence de température sur le substrat de Si avec des échantillons de Si poreux dopés et non dopés. Les valeurs calculées du coefficient de Seebeck des différents échantillons sont présentées dans le Tableau 1. Le coefficient de Seebeck pour le Si massif de type p et n sont de 450 et 485 μV/K, respectivement, et le coefficient de Seebeck pour les substrats de Si de type p et n avec l'échantillon de Si poreux non dopé montre des valeurs plus élevées de 696 et 650 μV/K, respectivement. Cette raison de la différence du 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 de Seebeck des substrats de Si de type p et n avec les échantillons de Si poreux dopé diminue à 491 et 480 μV/K en raison de l'augmentation de la concentration de porteurs sur les couches de Si poreux dopées. Cependant, pour l'échantillon complet de Si poreux dopé, la couche de Si poreux dopée est mince et la partie restante de la couche de Si poreux est encore non dopée. Par conséquent, même si la concentration de porteurs de la couche de Si poreux dopée est plus élevée que celle du Si massif, le coefficient de Seebeck de l'échantillon complet de Si poreux dopé (couche de Si poreux dopée + couche de Si poreux non dopée) est proche de celle des échantillons de Si massif.

En général, le coefficient de Seebeck est composé de la partie diffusion de charge S_d et de la partie traînée phonon S_ph. Comme tous les échantillons sont hautement dopés (~ 10¹⁸) et les mesures sont prises à température ambiante, la valeur S_ph est bien plus petite que S_d, résultant en S ≈ S_d [32]. Ainsi, le coefficient de Seebeck peut également être montré comme suit [33],

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

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

Pour mieux comprendre la relation entre la concentration de porteurs et le coefficient de Seebeck, la concentration de porteurs des couches de Si poreux de type p et n dopées et non dopées a été mesurée par mesure Hall. La concentration de porteurs des couches de Si poreux de type p et n non dopées sont trouvées à 1,3 × 10¹⁸ et 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³, respectivement, tandis que la concentration de porteurs des couches de Si poreux de type p et n dopées sont augmentées à 4,6 × 10¹⁹ et 2,3 × 10¹⁹ cm⁻³ après le dopage SOD. En référence, la concentration de porteurs des substrats de Si de type p et n sont de 2,3 × 10¹⁹ et 9,0 × 10¹⁸ cm⁻³, respectivement. Le coefficient de Seebeck du substrat de 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 dopée.

La Figure 5a montre les courbes I–V des couches de Si massif de type p et n le long de la direction de l'épaisseur de la tranche. Les résistances totales des couches de Si massif de type p et n sont de 1,12 et 0,65 Ω tandis que la résistance intérieure estimée des couches de Si massif de type p et n est de seulement 0,08 Ω pour les deux ; ainsi, les résistances totales des couches de Si massif de type p et n sont principalement déterminées par la résistance de contact. Puisque les substrats de Si massif de type p et n sont tous deux hautement dopés (~ 10¹⁹), le contact électrique entre le plot Al et le substrat de Si serait un contact ohmique. Cependant, les caractéristiques I–V des substrats de Si de type p et n avec des couches de Si poreux non dopées présentent une courbe non-linéaire, comme montré dans la Fig. 5b. Dans ce cas, nous avons défini la conductivité électrique de ces échantillons à partir du gradient de la courbe I–V 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 un grand nombre d'états d'énergie de surface sont formés sur la surface des couches de Si poreux non dopées, ainsi la non-linéarité est causée par l'effet de confinement quantique [34]. Contrairement au Si massif, les électrons sont tenus d'avoir plus d'énergie pour traverser 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 la caractéristique électrique du Si poreux, ce qui peut également contribuer aux chutes énormes de conductivité électrique [35, 36]. Après le dopage SOD, un contact ohmique est obtenu pour les substrats de Si de type p et n avec du Si poreux dopé, comme la courbe I–V linéaire est montrée dans la Fig. 5a, et les conductivités électriques des substrats de Si de type p et n avec des couches de Si poreux dopées augmentent de 150 à 1160 et de 385 à 1390 S/m, respectivement, comme montré dans le Tableau 1. L'incrément de conductivité électrique résulte principalement de la diminution de la résistance de contact car le dopage SOD affecte principalement la surface du Si poreux. Après le dopage SOD, de minces couches de Si poreux p⁺ ou n⁺ sont formées sur les couches de Si poreux de type p et n, respectivement, et la concentration de porteurs peut atteindre environ 10¹⁹ cm⁻³. Par conséquent, les électrons peuvent tunneler à travers l'interface entre Al et Si poreux dopé indépendamment de la barrière potentielle [37].

Pour évaluer la caractéristique électrique des spécimens de test, la résistance de contact spécifique est évaluée sur la base de la théorie de mesure par 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 calculée par,

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

où R_c est la résistance de contact, p_i la résistivité intérieure de l'échantillon, L l'écart entre deux électrodes, et A la section transversale. La résistance de contact spécifique p_c peut être définie comme p_c = R_c × A. Par conséquent, l'Éq. 4 peut être convertie en multipliant la surface A en,

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

Lorsque la valeur L approche 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 montré dans la Fig. 6. Ainsi, la résistance de contact spécifique p_c peut être obtenue à partir de la moitié de la valeur extrapolée à L = 0. Puisque les courbes I–V sont non-linéaires, les résistances de contact spécifiques du Si poreux non dopé ne peuvent pas être mesurées. Les résistances de contact spécifiques calculées des p- et n-type Si poreux dopé étaient de 1,35 et 1,16 mΩ-cm², respectivement, tandis que p- et n-type Si massif était de 1,88 et 1,25 mΩ-cm², respectivement. Ce résultat montre que les p- et n-type Si poreux dopé avaient une résistance de contact spécifique plus faible que les p- et n-type Si massif. Par conséquent, comparé au substrat de Si avec du Si poreux non dopé, une résistance de contact plus faible entre le Si poreux dopé et le métal est attribuée à l'amélioration de la conductivité électrique du substrat de Si avec du Si poreux dopé.

Le Tableau 1 montre le facteur de puissance des p- et n-type Si massif et substrats de Si avec des couches de Si poreux non dopées et dopées. Bien que le coefficient de Seebeck des substrats de Si de type p et n avec du Si poreux diminue tous deux via le dopage SOD, le facteur de puissance augmente 4 fois à 280 μW/(m K²) pour le type p tandis qu'il augmente 2 fois à 320 μW/(m K²) pour le type n en raison de l'augmentation significative de la conductivité électrique. Dans notre recherche précédente, la valeur ZT des substrats de Si avec du Si poreux non dopé peut augmenter 7,3 fois plus grande que celle du Si massif original en raison d'un coefficient de Seebeck plus élevé (670 μV/K) et d'une conductivité thermique plus faible (3,8 W/mK) [20]. Cependant, l'optimisation ultérieure de la valeur ZT des substrats de Si avec du Si poreux non dopé est entravée par une conductivité électrique relativement faible. La faible conductivité thermique peut préserver le Si même par dopage car le transport de chaleur est principalement régi par les phonons avec un libre parcours moyen de plus de 100 nm, et donc la conductivité thermique est principalement abaissée par la nanostructuration avec du Si poreux [39]. De plus, la meilleure valeur de ZT du matériau peut être supérieure à 0,1 à température ambiante lorsque la concentration de porteurs varie de 10¹⁹ à 10²¹ cm⁻³ sur la base de l'équation de transport de Boltzmann [40]. Par conséquent, la valeur estimée de ZT des substrats de Si avec du Si poreux dopé peut être améliorée pour être d'environ 0,1 via le dopage SOD, ce qui est 5 fois plus grand que celui du substrat de Si avec du Si poreux non dopé (0,02). En conséquence, le substrat de Si avec du Si poreux formé par MACE après dopage SOD augmente la conductivité électrique et peut améliorer la performance thermoélectrique du Si poreux, ce qui est attendu pour être employé pour l'application thermoélectrique.

Conclusions

Le Si poreux a été synthétisé sur du Si massif de type p et n hautement dopé en utilisant la gravure chimique assistée par métal (MACE). Le dopage de surface utilisant un dopant par rotation (SOD) a été utilisé pour améliorer les propriétés électriques des p- et n-type Si poreux. Comparé aux p- et n-type substrats de Si avec du Si poreux non dopé (696 et 650 μV/K), le coefficient de Seebeck des p- et n-type substrats de Si avec du Si poreux dopé est diminué à 491 et 480 μV/K en raison de l'augmentation de la concentration de porteurs de la couche de Si poreux dopée. Comparé à la concentration de porteurs des p- et n-type Si massif (2,25 × 10¹⁹ et 9,03 × 10¹⁸ cm⁻³), la concentration de porteurs des p- et n-type Si poreux non dopé est diminuée à 1,3 × 10¹⁸ et 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³ en raison de l'effet de confinement quantique et de la surface plus grande, tandis que la concentration de porteurs des p- et n-type Si poreux dopé est augmentée à 4,6 × 10¹⁹ et 2,29 × 10¹⁹ cm⁻³ après le dopage SOD. Cependant, le SOD ne peut être utilisé que pour doper un film mince de Si poreux. Comparé aux p- et n-type Si poreux non dopé, les p- et n-type Si poreux dopé ont augmenté la conductivité électrique de 150 à 1160 et de 385 à 1390 S/m en raison de la diminution de la résistance de contact. De plus, le contact ohmique peut être obtenu dans les p- et n-type Si poreux dopé. La résistance de contact spécifique entre le Si poreux et Al est diminuée à 1,35 et 1,16 mΩ-cm², ce qui est inférieur à la résistance de contact entre le Si massif et Al en raison de l'augmentation de la concentration de porteurs. Même si le coefficient de Seebeck diminue, le facteur de puissance des p- et n-type substrats de Si avec du Si poreux dopé est augmenté à 280 et 320 μW/(m·K²), respectivement, en raison de l'amélioration de la conductivité électrique. Par conséquent, le substrat de Si avec du Si poreux formé par MACE après dopage SOD augmente la conductivité électrique et peut améliorer la performance thermoélectrique du Si poreux, ce qui est attendu pour être employé pour l'application thermoélectrique.

Disponibilité des données et matériaux

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés pendant l'étude actuelle sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Abréviations

Si:

Silicium

MACE:

Gravure chimique assistée par métal

SOD:

Dopant par rotation

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 par ligne de transmission