Publication detail

A road for macroporous silicon stabilization by ultrathin ALD TiO2 coating

Year: 2024

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Materials advances

Publisher name: ROYAL SOC CHEMISTRY

Place: CAMBRIDGE

Page from-to: 9270-9278

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Cesta pro makroporézní stabilizaci křemíku ultratenkým povlakem ALD TiO2	Makroporézní křemíkové filmy mají velký potenciál pro celou řadu aplikací v optoelektronice a mikroelektronice. Tyto vrstvy jsou však příliš elektricky a chemicky nestabilní na to, aby mohly být použity v palivových článcích, superkondenzátorech nebo jakýchkoli zařízeních vyžadujících použití elektrolytu. To je způsobeno jejich vysokým poměrem povrchu k objemu, který je činí náchylnými k chemickým reakcím, jako je fotooxidace, zejména ve vodných médiích. V této práci jsme zkoumali, jak využít schopnosti makroporézního křemíku a zároveň se vyhnout jeho oxidaci. Za tímto účelem jsme zkoumali vliv ultratenkých vrstev TiO2 připravených depozicí atomárnich vrstev (ALD) na stěny křemíkových makropórů, vytvořených elektrochemickým leptáním z waferů n-typu. Pomocí mikroskopie a optické analýzy prokazujeme dosažitelnost ALD povlaku na makroporézním křemíku a také stabilitu těchto filmů proti oxidaci. Konkrétně jsme ukázali, že 5 cyklů ALD, které odpovídají méně než 1 nm tenkému povlaku, stačí k pasivaci křemíkového povrchu. Potažené a nepotažené vrstvy byly analyzovány a porovnány před a po vystavení vodě a slunečnímu záření. Sledování vývoje oblasti pásma Si–O–Si během 29 dnů neprokázalo fotokorozi. Kromě toho se smáčivost vzorků po funkcionalizaci nezměnila. A konečně, abychom prozkoumali prevenci oxidace pro fotokatalytické aplikace, ukázali jsme, že rychlosti degradace methylenové modři byly významně zvýšeny (v průměru o 50 %) u vzorků porézního křemíku potažených 10 nm TiO2 ALD ve srovnání s přirozenou degradací. Je zajímavé, že vrstvy tenčí než 1 nm také vykazovaly zvýšenou katalytickou kinetiku po krátkou dobu (t o 40 min).	depozice atomárních vrtev; porézní křemík; mezoporézní křemík; povrch; kov; filmy; voda; oxid; oxidace; anatase
eng	A road for macroporous silicon stabilization by ultrathin ALD TiO2 coating	Macroporous silicon films have great potential for a plethora of applications in optoelectronics and microelectronics. However, such layers are too electrically and chemically unstable to be used in fuel cells, supercapacitors or any devices requiring the use of an electrolyte. This is due to their high surface-to-volume ratio, which makes them prone to chemical reactions, such as photo-oxidation, especially in aqueous media. In this work, we investigated how to exploit the capabilities of macroporous silicon while avoiding its oxidation. To do so, we explored the influence of ultrathin TiO2 films by atomic layer deposition (ALD) onto the walls of silicon macropores, created by electrochemical etching from n-type wafers. Using microscopy and optical analysis, we demonstrate the achievability of ALD coating on macroporous silicon, as well as the stability of these films against oxidation. In particular, we show that 5 ALD cycles that correspond to less than 1 nm thin coating are sufficient to passivate the silicon surface. The coated and uncoated layers were analyzed and compared before and after exposure to water and sunlight. The monitoring of the Si-O-Si band area evolution over 29 days gave no evidence of photo-corrosion. In addition, the wettability of the samples did not change after functionalization. Finally, to investigate the oxidation prevention for photocatalytic applications, we showed that methylene blue degradation rates were significantly increased (by 50% on average) for 10 nm TiO2 ALD-coated porous silicon samples when compared to natural degradation. Interestingly, layers thinner than 1 nm also showed enhanced catalytic kinetics for short times (t < 40 min).	atomic layer deposition; porous silicon; mesoporous silicon; surface; metal; films; water; oxide; oxidation; anatase

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links