ИСТИНА

Исследование свойств нанокомпозитных сред представляет собой важную задачу, встающую перед современной физикой твердого тела. Свойства таких сред могут значительно отличаться от свойств как объемных материалов, так и отдельных наночастиц, формирующих композит. Таким образом, нанокомпозитные среды являются той базой, на которой создаются новые материалы с заданными структурными, электронными и оптическими свойствами, которые определяются размером, формой и упорядоченностью составляющих их наночастиц, а также факторами заполнения наночастицами. Большой интерес сегодня вызывают кремниевые нанонити (КНН) диаметром около 100 нм. Такие нанонити используются при изготовлении транзисторов, сенсоров, солнечных батарей и наноконтейнеров для таргетированной доставки лекарств [1]. Данные нити получаются методом металл-стимулированного химического травления (МСХТ). В методе МСХТ для получения КНН чаще всего используются серебряные наночастицы. В данной же работе предложен метод получения КНН методом МСХТ с использованием золотых наночастиц и изучены структурные и оптические свойства получившихся КНН. КНН были получены методом МСХТ на пластинах c-Si кристаллографической ориентацией (100), p-типа проводимости с удельным сопротивлением 1-5 мОм∙см и 0,8-1,2 Ом∙см. На первом этапе МСХТ пластина c-Si помещалась в раствор 0.02 М AuCl3 : 5 M HF (1:1) на 15 с для осаждения на нее золотых наночастиц. На втором этапе пластина c-Si с осажденными наночастицами золота погружалась в травящий раствор 30% H2O2 : 5 M HF в соотношении 1 : 10 по объему на различное время от 1 минуты до 1 часа. От времени травления зависела толщина слоя КНН. Удаление частиц золота с границы раздела КНН/c-Si, а также с поверхности полученных КНН происходило путем погружения пластины в раствор HNO3/HCl (царская водка) на 5 мин. После окончания процесса травления пластина c-Si с КНН промывалась дистиллированной водой и высушивалась. Структурные свойства КНН измерялись с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Carl Zeiss SUPRA 40 FE-SEM. Спектры отражения в диапазоне 2000-6500 см-1 были исследованы с помощью ИК фурье-спектрометра фирмы Bruker IFS 66v/S. Спектры межзонной фотолюминесценции (ФЛ) и комбинационного рассеяния света (КРС) измерялись при возбуждении непрерывным излучением лазера Nd:YAG с длиной волны 1.064 мкм в геометрии обратного рассеяния при помощи того же инфракрасного Фурье-спектрометра фирмы Bruker IFS 66v/S, оборудованного приставкой комбинационного рассеяния FRA-106. В результате были изучены структурные свойства полученных КНН с помощью СЭМ и показано, что КНН представляют собой нитевидные структуры, длина которых в зависимости от времени травления варьируется от 60 нм до 20 мкм. Диаметр нанонитей варьируется от 50 до 200 нм, расстояние между нанонитями 100-200 нм. Показано, что КНН, полученные на сильнолегированных подложках пористые, а на слаболегированных – непористые. Были исследованы спектры ИК-отражения полученных образцов. С помощью модели эффективной среды по формуле Бруггемана посчитаны пористости массивов КНН. Пористость образцов составляла 50-85%. Также был обнаружен рост усиления межзонной ФЛ и КРС для КНН по сравнению с c-Si, что объясняется эффектом локализации света в массивах КНН. Данный эффект ослабевает при толщинах слоя КНН больше 10 µм, что объясняется растравливанием нанонитей и их слипанием. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-72-10062, https://rscf.ru/project/22-72-10062/. Литература 1. A.S. Kalyuzhnaya, A.I. Efimova, L.A. Golovan, K.A. Gonchar, V.Y. Timoshenko. Formation and optical properties of silicon nanowire arrays // Silicon nanomaterials sourcebook: Volume II: Hybrid Materials, Arrays, Networks, and Devices, CRC Press-Taylor & Francis Group, pp. 3-41 (2017).