RU2572128C1 - Способ получения порошков пористого кремния - Google Patents
Способ получения порошков пористого кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572128C1 RU2572128C1 RU2014131500/05A RU2014131500A RU2572128C1 RU 2572128 C1 RU2572128 C1 RU 2572128C1 RU 2014131500/05 A RU2014131500/05 A RU 2014131500/05A RU 2014131500 A RU2014131500 A RU 2014131500A RU 2572128 C1 RU2572128 C1 RU 2572128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- silicon
- electrochemical
- porous silicon
- powder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанотехнологий и наноматериалов и может быть использовано в стоматологии и биомедицине. Сущность способа заключается в том, что получение наноразмерного порошка кремния обеспечивают травлением монокристаллического кремния в ячейке электрохимического травления с контрэлектродом U-образной формы из нержавеющей стали с последующим механическим отделением пористого слоя от подложки, его измельчением в изопропиловом спирте в ультразвуковой ванне и сушкой в естественных условиях, при этом в качестве электролита используют раствор диметилформамида с добавлением плавиковой кислоты и 20% по объему 30%-ной перекиси водорода. Технический результат - увеличение скорости травления монокристаллического кремния. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области нанотехнологий и наноматериалов и может быть использовано в стоматологии и биомедицине.
Известен способ получения порошков пористого кремния.
Способ получения нанокристаллического кремния, согласно изобретению, включает реакцию спекания при температуре ~800 K тонкоизмельченного силицида магния и аэросила с последующим растворением и вымыванием оксида магния в подкисленном водном растворе, с последующей очисткой порошка нанокристаллического кремния осаждением этанолом и растворением в трихлорметане.
Изобретение обеспечивает получение порошка нанокристаллического кремния, обладающего устойчивой яркой фотолюминесценцией, максимум интенсивности которой возможно сдвигать в области от 750 нм до 550 нм, а также позволяет получать частицы нанокристаллического кремния, сохраняющие люминесцентные свойства при высоких, до ~650 К, температурах в массовых количествах без использования дорогих и легковоспламеняющихся веществ.
К недостаткам относится энергозатратность способа (высокие температуры получения), использование нагретой концентрированной плавиковой кислоты в процессе постобработки, которая высокотоксичным реагентом.
Также известен и способ получения порошков пористого кремния, который заключается в том, что пористый кремний, получают из монокристаллического кремния, подвергая его электролитическому травлению в двухэлектродной ячейке с использованием электролита, содержащего воду, этанол и плавиковую кислоту. Травление выполняют в два этапа. На первом этапе травление исходного кремния выполняют при постоянном токе при приложении к кремниевой пластине положительного потенциала. На втором этапе травления изменяют полярность напряжения, прикладываемого к ячейке травления, без изменения его величины. При этом к кремниевой пластине прикладывают отрицательный потенциал и травят материал в течение 10-60 мин (патент РФ 2316077, МПК H01L 33/00, опубл. 27.01.2008).
Данный способ по решаемой задаче, достигаемому техническому результату является наиболее близким аналогом к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.
Однако и он не лишен недостатков, которые заключаются в том, что недостатком данного изобретения является относительно быстрая деградация люминесцентных свойств материала вследствие постепенного окисления поверхности наночастиц пористого кремния при образовании устойчивых группировок кремний-кислород (Si-O). Такие группировки сначала образуются на поверхности наночастицы и затем мигрируют в несколько первых приповерхностных слоев, что приводит к полному затуханию люминесценции. Производительность данного способа получения по сравнению с предлагаемым способом получения крайне низка. Кроме того, полученные наночастицы пористого кремния не удается перевести в коллоидный раствор, что затрудняет их дальнейшее использование, например, в качестве люминесцирующих оптических меток.
Задача способа заключается в устранении недостатков аналога и прототипа и в получении более высокого уровня технического результата.
Технический результат - увеличение скорости травления монокристаллического кремния достигается за счет того, что травление происходит в ячейке электрохимического анодного травления особой конфигурации с контрэлектродом из нержавеющей стали с последующей промывкой полученного пористого материала в дистиллированной воде, после чего его механически отделяют от кристаллической подложки, измельчают, а затем полученный порошок пористого кремния сушат в естественных условиях.
Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1 изображена схема ячейки электрохимического травления, а на фиг. 2 показано изображение порошка, полученного с помощью просвечивающего электронного микроскопа и электронограмма порошка.
Способ получения порошков пористого кремния осуществляют следующим образом.
Для реализации способа используется оригинальная ячейка электрохимического анодного травления (фиг. 1), состоящей из: фторопластовой ванны (1), в которой находится раствор электролита (2), U-образного контрэлектрода из нержавеющей стали (3), который в процессе электрохимического травления является катодом, и исходной пластины кристаллического кремния (4), которая в процессе электрохимического травления является анодом и на которой получается слой пористого кремния, а также системы контроля и установки тока (5), состоящей из источника постоянного тока со встроенным мультиметром.
Порошок получается анодным электрохимическим травлением монокристаллического кремния n-типа проводимости, легированного фосфором, с удельным сопротивлением менее 1.0 Ом·см.
Пластина прямоугольной формы размером 2 см × 1 см помещается в раствор электролита следующего состава: 2 об. части концентрированной плавиковой кислоты + 2 об. части диметилформамида + 1 об. часть перекиси водорода (30%-ной). Малое удельное сопротивление исходной кремниевой пластины обеспечивает равномерное распределение анодного потенциала по всей площади пластины, погруженной в раствор электролита при латеральном расположении электрода над поверхностью электролита.
Таким образом, травление производят в ячейке электрохимического анодного травления с контрэлектродом U-образной формы из нержавеющей стали, с последующим механическим отделением пористого слоя от подложки, его измельчением в изопропиловом спирте в ультразвуковой ванне и сушкой в естественных условиях, при этом в качестве электролита используют раствор плавиковой кислоты в диметилформамиде с добавкой 20% по объему перекиси водорода (30%-ной).
Это позволяет избежать проблем, характерных для стандартного расположения кремниевой пластины в донной части кюветы, связанных с уплотнением пластины кремния, во избежание протечек электролита, содержащего агрессивную плавиковую кислоту. Травление проводится в режиме постоянного тока при плотности 15-20 мА/см2. Время травления можно варьировать от 10 до 60 мин ., что позволяет изменять толщину пористого слоя в пределах от 10 до 80 мкм.
При увеличении времени травления свыше 60 минут резко падает плотность тока через пластину, и эффективность травления существенно снижается. После завершения процесса травления пластина со слоем пористого кремния, образовавшегося с двух сторон пластины, промывается в дистиллированной воде и в изопропиловом спирте, затем пористый слой механически отделяется от пластины с помощью скребка и получившийся порошок помещается в ультразвуковую ванну, заполненную изопропиловым спиртом, в которой производится дробление частиц порошка до размера 5-50 нм в течение 20 минут. На фиг. 2 приведены изображение порошка пористого кремния, полученное методом просвечивающей электронной микроскопии, и его электронограмма.
После этого частицы порошка извлекаются из спирта выпариванием и высушиваются на воздухе в естественных условиях. За один сеанс удается получить от 10 до 30 мг порошка. Полученный порошок контролировали методом просвечивающей электронной микроскопии и дифракции электронов. Наличие достаточно четких колец на электронограммах подтверждает, что кремний в частицах находится в кристаллическом состоянии. Порошок обладает яркой фотолюминесценцией (ФЛ) с относительно широкой полосой (~300 нм) и пиком ФЛ в области 650 нм.
Claims (1)
- Способ получения порошков пористого кремния нанометрового размера, включающий анодное электрохимическое травление в электролите исходного монокристаллического кремния в ячейке электрохимического травления, отличающийся тем, что травление производят в ячейке электрохимического анодного травления с контрэлектродом U-образной формы из нержавеющей стали с последующим механическим отделением пористого слоя от подложки, его измельчением в изопропиловом спирте в ультразвуковой ванне и сушкой в естественных условиях, при этом в качестве электролита используют раствор диметилформамида с добавлением плавиковой кислоты и 20 об.%. 30%-ной перекиси водорода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131500/05A RU2572128C1 (ru) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Способ получения порошков пористого кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131500/05A RU2572128C1 (ru) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Способ получения порошков пористого кремния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572128C1 true RU2572128C1 (ru) | 2015-12-27 |
Family
ID=55023495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014131500/05A RU2572128C1 (ru) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Способ получения порошков пористого кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572128C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2652259C1 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ получения нанопорошков пористого кремния |
WO2020071936A1 (ru) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | КУДРЯВЦЕВ, Александр Андреевич | Способ получения пористых кремниевых частиц, пористые кремниевые частицы |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU415897A3 (ru) * | 1970-12-15 | 1974-02-15 | ||
EP1232116A1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-08-21 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Silicon nanoparticle and method for producing the same |
RU2194805C2 (ru) * | 2000-08-28 | 2002-12-20 | Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В.Лукина | Электролит для получения пористого кремния |
FR2891280A1 (fr) * | 2005-09-29 | 2007-03-30 | St Microelectronics Sa | Formation de silicium poreux dans une plaquette de silicium |
RU2316077C1 (ru) * | 2006-06-29 | 2008-01-27 | Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова | Способ получения фотолюминесцирующего пористого кремния |
-
2014
- 2014-07-29 RU RU2014131500/05A patent/RU2572128C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU415897A3 (ru) * | 1970-12-15 | 1974-02-15 | ||
EP1232116A1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-08-21 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Silicon nanoparticle and method for producing the same |
RU2194805C2 (ru) * | 2000-08-28 | 2002-12-20 | Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В.Лукина | Электролит для получения пористого кремния |
FR2891280A1 (fr) * | 2005-09-29 | 2007-03-30 | St Microelectronics Sa | Formation de silicium poreux dans une plaquette de silicium |
RU2316077C1 (ru) * | 2006-06-29 | 2008-01-27 | Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова | Способ получения фотолюминесцирующего пористого кремния |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2652259C1 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ получения нанопорошков пористого кремния |
WO2020071936A1 (ru) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | КУДРЯВЦЕВ, Александр Андреевич | Способ получения пористых кремниевых частиц, пористые кремниевые частицы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | Morphological control of ZnO nanostructures by electrodeposition | |
Liang et al. | Robust flexible WS2/PEDOT: PSS film for use in high-performance miniature supercapacitors | |
Sarma et al. | Redox-induced enhancement in interfacial capacitance of the titania nanotube/bismuth oxide composite electrode | |
Petrák et al. | Fabrication of porous boron-doped diamond on SiO2 fiber templates | |
Hofmann et al. | Controlling the properties of graphene produced by electrochemical exfoliation | |
He et al. | Preparation and properties of ZnO nanostructures by electrochemical anodization method | |
Chern et al. | Nonlithographic patterning and metal-assisted chemical etching for manufacturing of tunable light-emitting silicon nanowire arrays | |
Hao et al. | Facile design of ultra-thin anodic aluminum oxide membranes for the fabrication of plasmonic nanoarrays | |
Liu et al. | Vertically aligned 1D ZnO nanostructures on bulk alloy substrates: direct solution synthesis, photoluminescence, and field emission | |
KR102051154B1 (ko) | 대규모 그라핀 시트: 이것이 혼입된 물품, 조성물, 방법 및 장치 | |
Albu et al. | TiO2 nanotube layers: Flexible and electrically active flow-through membranes | |
Wang et al. | Synthesis of tower-like ZnO structures and visible photoluminescence origins of varied-shaped ZnO nanostructures | |
Chernysheva et al. | Investigation of sulfuric acid intercalation into thermally expanded graphite in order to optimize the synthesis of electrochemical graphene oxide | |
Favaro et al. | Shaping graphene oxide by electrochemistry: From foams to self-assembled molecular materials | |
RU2572128C1 (ru) | Способ получения порошков пористого кремния | |
Shooshtari et al. | Enhanced photoelectrochemical processes by interface engineering, using Cu2O nanorods | |
Ryu et al. | Hierarchically nanostructured MnO 2 electrodes for pseudocapacitor application | |
RU2652259C1 (ru) | Способ получения нанопорошков пористого кремния | |
RU2572134C1 (ru) | Способ получения порошков пористого кремния | |
Wang et al. | Hierarchical porous patterns of n-type 6H–SiC crystals via photo-electrochemical etching | |
Eswar et al. | Synthesis of ZnO thin film on porous silicon by spin coating in various low molarities precursor | |
CN104986965B (zh) | 一种蠕虫状纳米硫化银薄膜的制备方法 | |
Pradhan et al. | Fabrication of ZnO nanospikes and nanopillars on ITO glass by templateless seed-layer-free electrodeposition and their field-emission properties | |
Lv et al. | Tunable field emission properties of well-aligned silicon nanowires with controlled aspect ratio and proximity | |
RU2722098C1 (ru) | Способ получения нанопорошков пористого кремния |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170730 |