ЫЛҒАЛДЫ ХИМИЯЛЫҚ ӨҢДЕУДІҢ МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ КРЕМНИЙ ҰНТАҒЫНЫҢ ҚОСПАЛАРЫН ЖОЮҒА ЖӘНЕ ФОТОКАТАЛИТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІНЕ ӘСЕРІ

Бұл   жұмыста   металлургиялық   сападағы   кремний   (Si)   ұнтағының   қоспалардан   тазартылуына   және фотокаталитикалық қасиеттеріне ылғалды химиялық травлеудің әсері зерттелді. Si ұнтағы екі сатылы жоғары

энергиялы шарлы ұнтақтаудан өткізіліп, кейін HF:HCl:HNO қышқылдарының қоспасында өңделді. Үлгілердің морфологиясы мен құрамы трансмиссиялық электрондық микроскопия (TEM) және энергия-дисперсиялық спектроскопия (EDS) әдістерімен зерттелді. Нәтижелер бөлшек өлшемдерінің 200 нм-ден төмен екенін және Si (220) жазықтығына сәйкес келетін ~0,20 нм арақашықтықтағы кристалдық құрылымның қалыптасқанын көрсетті. EDS талдауы металл қоспаларының (K, Ca, Ni) және көміртектің тиімді жойылғанын дәлелдеді, ал оттегі (~8 ат.%) мен азот (~12,2 ат.%) мөлшерінің артуы беттік тотығумен және химиялық өңдеумен түсіндіріледі.

Тазартылған (Si_p ) және шикі (Si_s ) кремнийдің фотокаталитикалық белсенділігі ультракүлгін сәулелену кезінде метилен көктің (10 мг/л) ыдырауын өлшеу арқылы бағаланды. Sip айтарлықтай жоғары тиімділік көрсеткені анықталды: 120 минут сәулеленуден кейін C_t /C0 қатынасы ~0,18 дейін төмендеді, ал Sis үшін ~0,9 деңгейінде қалды. 664 нм-дегі жұтылу шыңының төрт еседен астам төмендеуі Si_p үшін жоғары деградация тиімділігін көрсетті.

Кинетикалық талдау процестің псевдо-бірінші ретті модельге бағынатынын көрсетті, ал өңделген үлгілер жоғары жылдамдық тұрақтыларымен сипатталды. Жақсарған қасиеттер қоспалардың жойылуымен, заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясының төмендеуімен және белсенді орталықтардың артуымен түсіндіріледі. Алынған нәтижелер ылғалды химиялық травлеудің металлургиялық кремнийдің фотокаталитикалық қасиеттерін арттырудың тиімді және масштабталатын әдісі екенін көрсетеді.

1. Liu, X., Radfar, B., Chen, K., Setälä, O. E., Pasanen, T. P., Yli-Koski, M., Savin, H., Vähänissi, V. Perspectives on Black Silicon in Semiconductor Manufacturing: Experimental Comparison of Plasma Etching, MACE, and Fs-Laser Etching. IEEE Trans. Semicond. Manuf. 2022, 35, 504– 510, https://doi.org/10.1109/TSM.2022.3190630

2. Zhang X.Electrochemistry of Silicon and Its Oxide; Kluwer Academic Publishing, 2004

3. Serikkanov, A. S., Bakranov, N. B., Idrissova, T. K., Bakranova, D. I., & Boukhvalov, D. W. (2025). Silicon Photocatalytic Water-Treatment: Synthesis, Modifications, and Machine Learning Insights. Nanomaterials, 15(19), 1514. https://doi.org/10.3390/nano15191514

4. Li, X.; Bohn, P. W. Metal-assisted Chemical Etching in HF/H2O2 Produces Porous Silicon. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2572– 2574, https://doi.org/10.1063/1.1319191

5. Srivastava, R. P.; Khang, D.-Y. Structuring of Si into Multiple Scales by Metal-Assisted Chemical Etching. Adv. Mater. 2021, 33, 2005932 https://doi.org/10.1002/adma.202005932

6. W. Peng, S.M. Rupich, N. Shafiq, Y.N. Gartstein, A.V. Malko, Y.J. Chabal Silicon surface modification and characterization for emergent photovoltaic applications based on energy transfer Chem. Rev., 115 (23) (2015), pp. 12764-12796, https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00085

7. Yunfei He and Wenhui Ma and Aimin Xing and M. Hu and Shicheng Liu and Xi Jie Yang and Jiawang Li and Shuzhong Du and Wanli Zhou. A review of the process on the purification of metallurgical grade silicon by solvent refining, Materials Science in Semiconductor Processing, 2022, 141, 106438 https://doi.org/10.1016/j.mssp.2021.106438

8. Peng KQ, Xu Y, Wu Y, Yan YJ, Lee ST, Zhu J. Aligned single-crystalline Si nanowire arrays for photovoltaic applications. Small. 2005;1:1062. https://doi.org/10.1002/smll.200500137.

9. Chartier C, Bastide S, Levy-Clement C. Metal-assisted chemical etching of silicon in HF-H2O2. Electrochim Acta. 2008;53:5509–5516. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.03.009.

10. S. Li, H.M. Ayedh, M. Yli-Koski, V. Vähänissi, H. Savin, J. Oksanen Chemical excitation of silicon photoconductors by metal-assisted chemical etching J. Phys. Chem. C, 127 (8) (2023), pp. 4072-4078, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c08627

11. Alhmoud, H.; Brodoceanu, D.; Elnathan, R.; Kraus, T.; Voelcker, N. H. A MACEing Silicon: Towards Single-step Etching of Defined Porous Nanostructures for Biomedicine. Prog. Mater. Sci. 2021, 116, 100636 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100636

12. Han H.; Huang Z.; Lee W. Metal-Assisted Chemical Etching of Silicon and Nanotechnology Applications. Nano Today 2014, 9, 271–304. https://doi.org/10.1016/J.NANTOD.2014.04.013.

13. Yang, X.; Liu, Y.; Wu, L.; Liao, Z.; Zhang, B.; Tembo, T.; Wang, Y.; Hu, Y. Metal Ions’ Dynamic Effect on Metal-Assisted Catalyzed Etching of Silicon in Acid Solution. Coatings 2024, 14, 1405. https://doi.org/10.3390/coatings14111405

14. Zong, L., Zhu, B., Lu, Z., Tan, Y., Jin, Y., Liu, N., Hu Y., Gu Sh. & Cui, Y. (2015). Nanopurification of silicon from 84% to 99.999% purity with a simple and scalable process. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(44), 13473-13477. https://doi.org/10.1073/pnas.1513012112

15. Stefan, M. (2016). More than just light. Solutions in ultraviolet light. In 100 Years of Innovation Osram (p. 24). Munich, Germany: OSRAM GmbH.

16. Kessler, E. G., Szabo, C. I., Cline, J. P., Henins, A., Hudson, L. T., Mendenhall, M. H., & Vaudin, M. D. (2017). The lattice spacing variability of intrinsic float-zone silicon. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 122, 1. https://doi.org/10.6028/jres.122.024

17. Wang, X., Wang, T., Ren, Q., Xu, J., & Cui, Y. (2023). Construction of localized state levels and near-infrared light absorption of silicon: B/P doping and first-principles calculations. Micro and Nanostructures, 184, 207695. https://doi.org/10.1016/j.micrna.2023.207695

18. Das, K. C., Das, B., & Dhar, S. S. (2020). Effective catalytic degradation of organic dyes by nickel supported on hydroxyapatite-encapsulated cobalt ferrite (Ni/HAP/CoFe2O4) magnetic novel nanocomposite. Water, Air, & Soil Pollution, 231(2), 43. https://doi.org/10.1007/s11270-020-4409-1