Синтез углеродных пленок электрохимическим травлением карбида кремния SiC с фтористоводородной кислотой в неводных сольвентах

31.01.2014 14:43

Rus

Eng

Синтез углеродных пленок электрохимическим травлением карбида кремния SiC с фтористоводородной кислотой в неводных сольвентах

Synthesis of carbon films by electrochemical etching of SiC with hydrofluoric acid in nonaqueous solvents*

Jaganathan Senthilnathan^a, Chih-Chiang Weng^a, Wen-Ta Tsai^a, Yury Gogotsi^b^, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , Masahiro Yoshimura^a^,

^a Promotion Centre for Global Materials Research (PCGMR), Department of Material Science and Engineering, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan

^b Department of Materials Science and Engineering, and A. J. Drexel Nanotechnology Institute, Drexel University, Philadelphia, PA 19104, USA

*In Press, Accepted Manuscript, Available online 24 January 2014, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2014.01.028

Углеродные пленки на SiC (карбид кремния) получили множество применений, начиная от трибологии до электрического хранения энергии. Образования эпитаксиальных или гетероэпитаксиальных слоев углерода на SiC в мягком растворе, такие как электро-или фотохимические, могут быть интересны для различных областей применения и снижения энергоемкости, что делает процесс совместимым с изготовлением электронных устройств. Исследователи показали формирование углеродного слоя на керамике карбида кремния с помощью электрохимического травления в неводном электролите.

Ученые провели селективное травление кремния Si из карбида кремния SiC в одностадийной реакции с фтористоводородной кислотой (HF) в различных органических растворителях, и исследовали роль полярности, поверхностного натяжения, плотности и вязкости органических растворителей в формировании углеродного слоя. Раствор фтористоводородной кислоты HF и этанола (в соотношении 1:4.6) при малых плотностях тока (10 и 20 мА/см2) позволяет лучше контролировать процесс селективного травления кремния Si с последующим образованием аморфного и упорядоченного углерода на поверхности SiC.

Наличие интенсивной G полосы графитового углерода в спектрах комбинационного рассеяния и при высоком разрешении TEM анализа показывают формирование упорядоченного углерода на поверхности SiC. Дифракции рентгеновских лучей показывают, что скорость травления α-SiC намного выше по сравнению с β-SiC.


Рис. 1. Рамановская спектроскопия непротравленного и травленого SiC. (а) не протравленный SiC (б) травленый на 10 мА/см2 (в) травленое при 20 мА/см².		Рис. 2. SEM фото карбида кремния травленого с фтористоводородной кислотой в разных растворителях при определенной плотности тока 10 мA/cм² (a) ацетонитрил (b) ацетон (c) вода (d) изопропанол

Рис. 3. (а) Диаграма зависимости напряжения от времени для SiC травленого с фтористоводородной кислотой HF в растворе (I) воды (II) спирта (III) ацетона, (IV) изопропанола и (V) ацетонитрила. (б) Диагамма зависимости напряжения от времени для травленого SiC с раствором HF в этаноле при (I) 2,5 мА/см2, (II) 5,0 мА/см2, (III) 10 мА/см2, (IV) 20 мА/см2, (V) 40 мА/см2, (VI) 60 мА/см2, и (VII) 80 мА/см2.		Рис. 4. SEM фото карбида кремния с раствором фтористоводородной кислоты в этаноле при разных плотностях тока (a) непротравленный SiC (b) 5 мA/cм² (c) 10 мA/cм² (d) 20 мA/cм² (e) 40 мA/cм² (f) 60 мA/cм². Примечание: Рис. 4 (г) вставка показывает фото обратного рассеяния электронов SiC травленого с при 20 мА/см². SEM микрофотографии нетравленного SiC (г) и травленого с SiC (H) (при 20 мА/см²)

Рис. 5. TEM фото карбида кремния травленого в растворе фтористоводородной кислоты и этанола (20 мA/cм²) при 200 kV		Рис. 6. Рентгенограммы нетравленного и травленого с SiC (а) нетравленного SiC (б) травленого при 10 мА/см² (с) травленого при 20 мА/см².

Рис. 7. Предлагаемый механизм реакции травления SiC с HF в 5 Моль раствора этанола при различных плотностях тока