ХИМИЧЕСКОЕ КОНТАКТНО-ОБМЕННОЕ ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ НА ПОРИСТЫЙ КРЕМНИЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПЛЁНОК

Исследованы закономерности химического контактно-обменного осаждения тонких плёнок меди на пористый кремний. Для осаждения меди использованы водные и водно-спиртовые растворы сернокислой меди с добавками фтористоводородной кислоты. Определено оптимальное соотношение концентраций компонентов раствора, позволяющее контролировать кинетику процесса осаждения и получать блестящие плёнки меди с хорошей адгезией к кремниевой подложке.

Установлено, что на пористый кремний медь осаждается в виде плёнки, состоящей из зёрен микро- и нанометрового размера. Плотность упаковки и размер зёрен меди определяются как временем осаждения, так и диаметром пор пористого кремния. Показано, что при пористости до 10% зарождение медных зёрен происходит только на вершинах кремниевых нанокристаллитов матрицы пористого кремния. Увеличение пористости приводит к одновременному зарождению зёрен меди на внутренней поверхности каналов пор и вершинах кремниевых нанокристаллитов. Зарегистрированы спектры отражения нанокомпозитных пленок. Установлено, что максимальная интенсивность полосы поглощения, обусловленная поверхностным плазмонным резонансом, характерна для плёнки, осаждённой в течение 5 минут из спиртосодержащего раствора на пористый кремний, который сформирован на пластине КЭС-0,01 (111). Таким образом, варьируя размерами пор пористого слоя и условиями осаждения, можно изготавливать различные типы тонкопленочных нанокомпозитных структур из кремния и меди, перспективные для применения в качестве функциональных наноматериалов электроники и фотоники.

1. Föll H., Christophersen M., Carstensen J., and Hasse G. Formation and application of porous silicon // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2002. – V. 39. – No. 4. – P. 93–141. https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00090-6

2. Herino R., Bomchil G., Barla K., Bertrand C., and Ginoux J.L. Porosity and pore size distributions of porous silicon layers // Journal of the electrochemical society. – 1987. – V. 134. – No. 8. – P. 1994. https://doi.org/10.1149/1.2100805

3. Watanabe Y., Arita Y., Yokoyama T., and Igarashi Y. Formation and properties of porous silicon and its application // Journal of the Electrochemical society. – 1975. – V. 122. – No. 10. – P. 1351. https://doi.org/10.1149/1.2134015

4. Imai K. A new dielectric isolation method using porous silicon // Solid-state electronics. – 1981. – V. 24. – No. 2. – P. 159-164. https://doi.org/10.1016/0038-1101(81)90012-5

5. Fauchet P. M. Photoluminescence and electroluminescence from porous silicon // Journal of luminescence. – 1996. – V. 70. – No. 1-6. – P. 294–309. https://doi.org/10.1016/0022-2313(96)82860-2

6. Cullis A. G., Canham L. T. Visible light emission due to quantum size effects in highly porous crystalline silicon // Nature. – 1991. – V. 353. – No. 6342. – P. 335-338. https://doi.org/10.1038/353335a0

7. Bomchil G. et al. Porous silicon: material properties, visible photo-and electroluminescence // Applied surface science. – 1993. – V. 65. – P. 394-407. https://doi.org/10.1016/0169-4332(93)90692-5

8. Bondarenko V.P., Dorofeev A.M., Kazuchits N.M. Optical waveguide based on oxidized porous silicon // Microelectronic Engineering. – 1995. – V. 28. – No. 1–4. – P. 447–450.

9. Loni A. et al. Porous silicon multilayer optical waveguides // Thin solid films. – 1996. – V. 276. – No. 1–2. – P. 143–146. https://doi.org/10.1016/0040-6090(95)08075-9

10. Balucani M. et al. Porous silicon technology, a breakthrough for silicon photonics: From packaging to monolithic integration // 2014 IEEE 64th Electronic Components and Technology Conference (ECTC). – IEEE, 2014. – P. 194–202. https://doi.org/10.1109/ECTC.2014.6897288

11. Canham L. T. et al. Silicon as an active biomaterial // MRS Online Proceedings Library (OPL). – 1996. – V. 452. – P. 579. https://doi.org/10.1557/PROC-452-579

12. Low S.P., Voelcker N.H., Canham L.T., and Williams K.A. The biocompatibility of porous silicon in tissues of the eye // Biomaterials. – 2009. – V. 30. – No. 15. – P. 2873–2880. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.02.008

13. Menna P., Di Francia G., La Ferrara V. Porous silicon in solar cells: A review and a description of its application as an AR coating // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 1995. – V. 37. – No. 1. – P. 13–24. https://doi.org/10.1016/0927-0248(94)00193-6

14. Granitzer P., Rumpf K. Porous silicon—a versatile host material // Materials. – 2010. – V. 3. – No. 2. – P. 943–998. https://doi.org/10.3390/ma3020943

15. Dolgyi A. et al. Electrochemical deposition of Ni into mesoporous silicon // ECS Transactions. – 2012. – V. 41. – No. 35. – P. 111. https://doi.org/10.1149/1.3699385

16. Lu L., Shen Y., Chen X., Qian L., and Lu K. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper // Science. – 2004. – V. 304. – No. 5669. – P. 422–426. https://doi.org/10.1126/science.1092905

17. Khinevich N., Zavatski S., Kholyavo V., and Bandarenka H. Bimetallic nanostructures on porous silicon with controllable surface plasmon resonance // The European Physical Journal Plus. – 2019. – V. 134. – P. 1–8. https://doi.org/10.1140/epjp/i2019-12567-4

18. Indhu A. R., Dharanya C., Dharmalingam G. Plasmonic copper: Ways and means of achieving, directing, and utilizing surface plasmons // Plasmonics. – 2024. – V. 19. – No. 3. – P. 1303–1357. https://doi.org/10.1007/s11468-023-02034-1

19. Hans M., Mathews S., Mücklich F., and Solioz M. Physicochemical properties of copper important for its antibacterial activity and development of a unified model // Biointerphases. – 2016. – V. 11. – No. 1. https://doi.org/10.1116/1.4935853

20. Chatterjee A. K., Chakraborty R., Basu T. Mechanism of antibacterial activity of copper nanoparticles // Nanotechnology. – 2014. – V. 25. – No. 13. – P. 135101. https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/13/135101

21. Bandarenka H., Redko S., Nenzi P., Balucani M., and Balucani M. Optimization of chemical displacement deposition of copper on porous silicon // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2012. – V. 12. – No. 11. – P. 8725–8731. https://doi.org/10.1166/jnn.2012.6470

22. Lazarouk S. et al. Visual determination of thickness and porosity of porous silicon layers // Thin Solid Films. – 1997. – V. 297. – No. 1–2. – P. 97–101. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09430-8

23. Kumavat P.P., Baviskar P.K., Sankapal B.R., and Dalal D.S. Facile synthesis of D–π–A structured dyes and their applications towards the cost effective fabrication of solar cells as well as sensing of hazardous Hg (ii) // RSC Advances. – 2016. – V. 6. – No. 108. – P. 106453–106464. https://doi.org/10.1039/C6RA18712A

24. Liu P., Wang H., Li X., Rui M., and Zeng H. Localized surface plasmon resonance of Cu nanoparticles by laser ablation in liquid media // Rsc Advances. – 2015. – V. 5. – No. 97. – P. 79738–79745. https://doi.org/10.1039/C5RA14933A

25. Tugchin B. N. et al. Controlling the excitation of radially polarized conical plasmons in plasmonic tips in liquids // RSC Advances. – 2016. – V. 6. – No. 58. – P. 53273–53281. https://doi.org/10.1039/C6RA09341H

26. Sun M., Wang A., Zhang M., Zou S., and Wang H. Interband and Intraband Hot Carrier-Driven Photocatalysis on Plasmonic Bimetallic Nanoparticles: A Case Study of Au–Cu Alloy Nanoparticles //ACS Nanoscience Au. – 2024. – V. 4. – No. 5. – P. 360–373. https://doi.org/10.1021/acsnanoscienceau.4c00035