CƠ CHẾ ĂN MÒN ANỐT LÀM XỐP SIC TRONG DUNG DỊCH AXÍT HYĐROFLORIT LOÃNG TRONG ETHYLEN GLYCOL HOẶC NƯỚC
DOI:
https://doi.org/10.51453/2354-1431/2016/132Từ khóa:
SiC xốp; ăn mòn anốt; ôxy hóa anốt; HF; Ethylen glycol.Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các kết quả thực nghiệm để chỉ ra cơ chế ăn mòn anốt trực tiếp SiC trong dung dịch hyđroflorit (HF) loãng. Một lớp SiC xốp đã được tạo ra trên màng SiC vô định hình (aSiC) bằng ăn mòn anốt ở chế độ ổn dòng trong dung dịch axít hyđroflorit loãng với dung môi ehtylen glycol (HF/EG) hoặc nước (HF/H2O). Kết quả cho thấy sự phụ thuộc của hình thái lớp aSiC xốp vào mật độ dòng anốt trong hai trường hợp trên là khác nhau cho mỗi trường hợp. Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy rằng nguyên nhân của sự khác biệt này nằm ở điểm gần như không có nước trong dung dịch HF/EG loãng. Do sự khan hiếm nước trong dung dịch điện phân, ở tất cả các mật độ dòng anốt aSiC phản ứng trực tiếp với HF của dung dịch điện phân, tạo ra một hợp chất giữa Si và HF, hòa tan vào dung dịch và cacbon tự do. Sau đó, một phần của cacbon được ôxy hóa thành ôxít cacbon bằng nước có trong HF và bay hơi đi, trong khi một phần khác còn lại trên bề mặt ăn mòn, tạo thành một bề mặt giàu cacbon. Trong khi đó, trong dung dịch HF/H2O loãng, với sự gia tăng của mật độ dòng anốt, sự ăn mòm anốt aSiC thông qua phản ứng trực tiếp của aSiC với HF đã dần dần được thay thế bởi sự ăn mòn thông qua quá trình ôxy hóa, diễn ra bởi phản ứng của aSiC với nước trong dung dịch điện phân.
Tải xuống
Tài liệu tham khảo
1J.Y. Fan, X.L. Wu, P.K. Chu (2006), Low-dimensional SiC nanostructures: Fabrication, luminescence, and electrical properties, Progr. Mat. Sci., 51 (8), 983-1031.
2. E.J. Connolly, H.T.M. Pham, J. Groeneweg, P.M. Sarro, P.J. French (2004), Relative humidity sensors using porous SiC membranes and Al electrodes, Sensor Actuator B, 100 (1-2), 216-220.
3. E.J. Connolly, B. Timmer, H.T.M. Pham, J. Groeneweg J, P.M. Sarro, W. Olthuis, P.J. French (2005), A porous SiC ammonia sensor, Sensor Actuator B, 109 (1), 44-46.
4. J.S. Shor, I. Grimberg, B-Z. Weiss, A.D. Kurtz (1993), Direct observation of porous Sic formed by anodization in HF, Appl. Phys. Lett., 62 (22), 2836-2838.
5. J.S. Shor, A.D. Kurtz (1994), Photoelectrochemical etching of 6H-SiC, J. Electrochem. Soc.,141 (3), 778-781.
6. G. Gautier, F. Cayrel, M. Capelle, J. Billoue, X. Song, J-F. Michaud (2012), Room light anodic etching of highly doped n-type 4H-SiC in high-concentration HF electrolytes: Difference between C and Si crystalline faces, Nanoscale Res. Lett., 7 (1), 367-372.
7. T. Omiya, A. Tanaka, M. Shimomura (2012), Morphological study on porous silicon carbide membrane fabricated by double-step electrochemical etching, Jpn. J. Appl. Phys., 51 (7R), 075501(5pp).
8. G. Gautier, J. Biscarrat, D. Valente, T. Defforge, A. Gary, F. Cayrel (2013),Systematic study of anodic etching of highly doped n-type 4H-SiC in various HF based electrolytes, J. Electrochem. Soc., 160 (9), D372-D379.
9. W. Lu, Y. Ou, P. M. Petersen, and H. Ou (2016), Fabrication and surface passivation of porous 6H-SiC by atomic layer deposited films, Optical materials express, 6 (6), 1956-1963.
10. X.G. Zhang (2004), Morphology and Formation Mechanisms of Porous Silicon, J. Electrochem. Soc. 151(1), C69-C80.
11. V.P. Parkhutik, F. Namavar, E. Andrade (1997), Photoluminescence from thin porous films of silicon carbide, Thin Solid Films, 297 (1-2) 229-232.
12. A. Keffous, K. Bourenane, M. Kechouane, N. Gabouze, T. Kerdja, L. Guerbous, S. Lafane (2007), Effect of anodization time on photoluminescence of porous thin SiC layer grown onto silicon, J. Lumin., 126 (2), 561-565.
13. K. Bourenane, A. Keffous, M. Kechouane, A. Bourenane, G. Nezzal, A. Boukezzata (2008), A study on the photoluminescence properties of porous 6H-SiC(p) and SiC film on p-Si substrate, Mod. Phys. Lett. B, 22(6), 415-424.
14. A.T. Cao, Q.N.T. Luong, C.T. Dao (2014), Influence of the anodic etching current density on the morphology of the porous SiC layer, AIP Adv., 4(3), 037105 (6pp).
15. H.T.M Pham, PECVD silicon carbide – a structural material for surface micromachined devices, PhD Thesis 2004 (Delft University of Technology, Delft).
16. D.T. Cao, C.T. Anh, N.T.T. Ha, H.T. Ha, B. Huy, P.T.M. Hoa, P.H. Duong, N.T.T. Ngan, N.X. Dai (2009), Effect of electrochemical etching solution composition on properties of porous SiC Film, J Phys Conf Ser, 187, 012023 (7pp).
17. C. Chen, S. Chen, M. Shang, F. Gao, Z. Yang, Q. Liu, Z. He and W. Yang 2016, Fabrication of highly oriented 4H-SiC gourd-shaped nanowire arrays and their field emission properties, 4, 5195-5201.
18. K. Rerbal, F. Jomard, J-N. Chazalviel, F. Ozanam, I. Solomon (2003), Visible luminescence of porous amorphous Si1-xCx: H due to selective dissolution of silicon, Appl. Phys. Lett., 83 (1), 45-51.
19. Y. Shishkin, Y. Ke, R.P. Devaty, W.J. Choyke (2005), Fabrication and morphology of porous p type SiC, J. Appl. Phys. 97 (4), 044908 (5pp).
20. V. Petrova-Koch, O. Sreseli, G. Polisski, D. Kovalev, T. Muschik, F. Koch (1995), Luminescence enhancement by electrochemical etching of SiC (6H), Thin Solid Films, 255 (1-2), 107-110.
21. J. Bullot, M.P. Schmidt (1987), Physics of Amorphous Silicon-Carbon Alloys, Phys. Status Solidi B, 143 (2), 345-418.
22. F. Demichelis, F. Giorgis, C.F. Pirri, E. Tresso (1995), Bonding structure and defects in wide band gap a-Si1−x C x :H films deposited in Hz diluted SiH4 + CH4 gas mixtures, Philos. Mag. B, 71 (5), 1015-1033.
23. K. Bourenane, A. Keffous, G. Nezzal, A. Boukezzata, S. Naama (2007), Chemical etching of hot-pressed p-type polycrystalline SiC surfaces by HF/K2S2O8 solutions, Surf. Interface Anal., 39 (5), 392–396.
24. S.A. Alekeev, V.N. Zaitsev, J. Botsoa, D. Barbier (2007), Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Temperature-Programmed Desorption Mass Spectrometry Study of Surface Chemistry of Porous 6H-SiC, Chem. Mater., 19 (9), 2189-2194.
25. H. Wieder, M. Cardona, C.R. Guarnieri (1979), Vibrational spectrum of hydrogenated amorphous Si-C films, Phys. Status Solidi B, 92 (1), 99-112.
26. J. Senthilnathan, C-C. Weng, W-T. Tsai, Y. Gogotsi, M. Yoshimura (2014), Synthesis of carbon films by electrochemical etching of SiC with hydrofluoric acid in nonaqueous solvents, Carbon, 71 (3), 181-189.
Tải xuống
Đã Xuất bản
Cách trích dẫn
Số
Chuyên mục
Giấy phép
Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép Quốc tế Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 .
Bài báo được xuất bản ở Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào được cấp phép theo giấy phép Ghi công - Chia sẻ tương tự 4.0 Quốc tế (CC BY-SA). Theo đó, các tác giả khác có thể sao chép, chuyển đổi hay phân phối lại các bài báo này với mục đích hợp pháp trên mọi phương tiện, với điều kiện họ trích dẫn tác giả, Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào và đường link đến bản quyền; nêu rõ các thay đổi đã thực hiện và các nghiên cứu đăng lại được tiến hành theo cùng một bản quyền.
Bản quyền bài báo thuộc về các tác giả, không hạn chế số lượng. Tạp chí Khoa học Tân Trào được cấp giấy phép không độc quyền để xuất bản bài báo với tư cách nhà xuất bản nguồn, kèm theo quyền thương mại để in các bài báo cung cấp cho các thư viện và cá nhân.
Mặc dù các điều khoản của giấy phép CC BY-SA không dành cho các tác giả (với tư cách là người giữ bản quyền của bài báo, họ không bị hạn chế về quyền hạn), khi gửi bài tới Tạp chí Khoa học Đại học Tân Trào, tác giả cần đáp ứng quyền của độc giả, và cần cấp quyền cho bên thứ 3 sử dụng bài báo của họ trong phạm vi của giấy phép.
