ИСТИНА

Кремниевые нанонити (КНН), изготовленные методом металл-стимулированного химического травления (МСХТ), проявляют такие свойства, как фотолюминесценция в видимом [1-3] и инфракрасном [3,4] диапазонах спектра, причем эффективность последней возрастает по сравнению с кристаллической подложкой, низкий коэффициент отражения в видимом диапазоне спектра [5-7], а также имеют крайне низкий коэффициент теплопроводности (~0,1 Вт/м•K) [8]. Недавно было показано, что пористые кремниевые нанонити можно использоваться в качестве чувствительного элемента оптического сенсора на кислород [2,9]. В подавляющем большинстве работ в методе МСХТ в качестве катализатора химических реакций используются серебряные наночастицы, осаждённые химическим способом из раствора, содержащем AgNO3 и HF. Что касается методов осаждения золотых наночастиц и дальнейшего травления КНН, то чаще всего используются трудновоспроизводимые методы распыления Au на кремниевую подложку [10,11] и дорогие методы литографии [12-15]. Покрытие золотыми наночастицами, осажденных химическим способом из соли AuCl3, осуществлялось ранее только на уже готовые нанонити [16,17]. В данной работе был предложен метод осаждения золотых наночастиц химическим способом из соли AuCl3 на исходную подложку кристаллического кремния для дальнейшего получения КНН методом МСХТ и изучены структурные и оптические свойства, полученных КНН на различных подложках кристаллического кремния. В настоящей работе КНН были получены МСХТ, где в качестве катализаторов химической реакции выступали наночастицы Au. Для травления были использованы пластины монокристаллического кремния p-типа проводимости, кристаллографической ориентацией (100) и различным удельным сопротивлением. Структурные свойства КНН исследовались с помощью сканирующей (CarlZeiss SUPRA 40 FE-SEM) и просвечивающей (Zeiss Libra200FE) электронной микроскопии для контроля размеров, формы и пористости полученных образцов. Спектры отражения полученных образцов в ближнем и среднем ИК диапазонах измерены на ИК-спектрометрe с обратным Фурье – преобразованием Bruker IFS 66v/S. Спектры полного отражения получены с помощью спектрометра Perkin Elmer Lambda 950, который оборудован интегрирующей сферой. Это сделано для контроля поверхности образцов, а также для получения интерференционной картины, которая, в зависимости от толщины слоя нанонитей и их морфологии, может быть в видимом, ближнем ИК или среднем ИК диапазонах спектра. По интерференционной картине рассчитан эффективный показатель преломления и оценена пористость получившихся образцов по модели эффективной среды. ИК спектрометр Bruker IFS 66v/S также использован для изучения межзонной фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света кремниевых нанонитей, для контроля кристалличности структуры и усиления локальных полей, которые выражаются в увеличении интенсивности как комбинационного рассеяния света, так и интенсивности межзонной фотолюминесценции. Фотолюминесценция в видимом диапазоне спектра возбуждалась при помощи гелий-кадмиевого лазера и регистрироваться монохроматором SOLAR TII с CCD-камерой. Изучение данной фотолюминесценции позволило сделать выводы о наличии кремниевых нанокристаллов и их количестве на поверхности и в объеме кремниевых нанонитей, а также оценить их размер. Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (Грант №20-12-00297). Литература 1. V.A. Sivakov, G. Bronstrup, B. Pecz, A. Berger, G.Z. Radnoczi, M. Krause, S.H. Christiansen. J. Phys. Chem. C. 114, 3798 (2010). 2. В.А. Георгобиани, К.А. Гончар, Л.А. Осминкина, В.Ю. Тимошенко. ФТП, 49 (8), 1050 (2015). 3. V.Yu. Timoshenko, K.A. Gonchar, L.A. Golovan, A.I. Efimova, V.A. Sivakov, A. Dellith, S.H. Christiansen. J. Nanoelectron. Optoelectron. 6, 519 (2011). 4. К.А. Гончар, Л.А. Головань, В.Ю. Тимошенко, В.А. Сиваков, С. Кристиансен. Известия РАН. Сер. физическая. 74, 1782 (2010). 5. L.A. Osminkina, K.A. Gonchar, V.S. Marshov, K.V. Bunkov, D.V. Petrov, L.A. Golovan, V.A. Sivakov, V.Yu. Timoshenko. Nanoscale Research Letters, 7, 524 (2012). 6. K.A. Gonchar, L.A. Osminkina, R.A. Galkin, M.B. Gongalsky, V.S. Marshov, V.Yu. Timoshenko, M.N. Kulmas, V.V. Solovyev, A.A. Kudryavtsev, V.A. Sivakov. J. Nanoelectronics and Optoelectronics, 7 (6), 602 (2012). 7. К.А. Гончар, Л.А. Осминкина, В. Сиваков, В. Лысенко, В.Ю. Тимошенко. ФТП, 48 (12), 1654 (2014). 8. S.P. Rodichkina, L.A. Osminkina, M. Isaiev, A.V. Pavlikov, A.V. Zoteev, V.A. Georgobiani, K.A. Gonchar, A.N. Vasiliev, V.Yu. Timoshenko. Appl. Phys. B., 121 (3), 337 (2015). 9. V.A. Georgobiani, K.A. Gonchar, E.A. Zvereva, L.A. Osminkina. Phys. Stat. Sol. A, 215 (1), 1700565 (2018). 10. X. Li, P.W. Bohn. Metal-assisted chemical etching in HF/H2O2 produces porous silicon. Appl. Phys. Lett., 77(16), 2572–2574 (2000). 11. M.K. Dawood, S. Tripathy, S.B. Dolmanan, T.H. Ng, H. Tan, J. Lam. Influence of catalytic gold and silver metal nanoparticles on structural, optical, and vibrational properties of silicon nanowires synthesized by metal-assisted chemical etching. J. Appl. Phys., 112, 073509 (2012). 12. I.V. Bagal, M.A. Johar, M.A. Hassan, A. Waseem, S.-W. Ryu. Facile morphology control of high aspect ratio patterned Si nanowires by metal-assisted chemical etching. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29, 18167–18177 (2018). 13. F.J. Wendisch, M. Rey, N. Vogel, G.R. Bourret. Large-scale synthesis of highly uniform silicon nanowire arrays using metal-assisted chemical etching. Chem. Mater., 32, 21, 9425–9434 (2020). 14. S. Wang, H. Liu, J. Han. Comprehensive study of au nano-mesh as a catalyst in the fabrication of silicon nanowires arrays by metal-assisted chemical etching. Coatings, 9, 149 (2019). 15. B. Li, G. Niu, L. Sun, L. Yao, C. Wang, Y. Zhang. Design optimization and antireflection of silicon nanowire arrays fabricated by Au-assisted chemical etching. Materials Science in Semiconductor Processing. 82, 1-8 (2018). 16. S. Amdouni, Y. Cherifi, Y. Coffinier, A. Addad, M.A. Zaïbi, M. Oueslati, R. Boukherroub. Gold nanoparticles coated silicon nanowires for efficient catalytic and photocatalytic applications. Materials Science in Semiconductor Processing. 75, 206–213 (2018). 17. N. Brahiti, T. Hadjersi, H. Menari, S. Amirouche, O. El Kechai. Enhanced photocatalytic degradation of methylene blue by metal-modified silicon nanowires. Materials Research Bulletin, 62, 30–36 (2015).