ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
8
РАБОТА 2: «Определение степени пористости в пористом материале
(пористом кремнии) рентгеновским методом»
Теория измерений
В настоящее время весьма интенсивно развивается физика фрактальных
низкоразмерных структур. Пористые низкоразмерные структуры широко
используются в производстве сорбентов , катализаторов , в качестве носителей
магнитных структур для носителей информации.
После того как Канхэм открыл фотолюминесценцию в пористом кремнии
(ПК) в видимой области [1], постоянно растет число физических и химических
способов превращения Si в эффективный излучатель света, хотя основным
остается метод анодного травления кремния. Однако структура и морфология
поверхности ПК изучена недостаточно и , кроме того, эти параметры
существенно зависят от режимов получения пористого кремния. Одной из
важнейших характеристик ПК является значение пористости P, которая
определяет спектр фотолоюминесценции, коэффициент сорбции пористого
слоя , рассеяние света материалом . Пористость показывает отношение объема
пор в слое определенной толщины к объему самого этого слоя P = V
пор
/ V
слоя
. В
частности, известно, что при пористости менее 55 % не удается получить
видимого свечения ПК.
Используемые в настоящее время методы жидкостной порометрии имеют
существенные недостатки, такие как загрязнение образцов при измерении,
необходимость значительных затрат времени , а также получение информации
лишь об открытых порах . В то же время в процессе роста пористого кремния
возможно образование и закрытых пор , которые закрываются при
переосаждении нанокристаллов кремния из раствора в процессе травления [2].
Оказывается, для определения пористости кремния можно использовать
метод , основанный на поглощении рентгеновских лучей , который позволяет
избежать недостатков жидкостной порометрии и заметно повысить точность
определения пористости.
Метод измерения основан на определении плотности вещества
рентгеновским методом . Плотность пористого кремния P
pSi
определялась из
измеряемой экспериментально плотности ρ
pSi
соответственно, при известной
плотности монокристаллического кремния ρ
Si
. Тогда пористость может быть
определена по формуле:
%100(%), ⋅
−
=
Si
pSiSi
pSi
P
ρ
ρ
ρ
, (1)
Значения ρ
pSi
определяются по поглощению рентгеновских лучей при
прохождении через слой вещества толщиной d :
8
Р АБ О Т А 2: «О пределениес тепени порис тос ти в порис том м атериале
(порис том крем нии) рентг енов с ким м етодом »
Т еория изм ерений
В нас т оящ ее врем я вес ьм а инт енс ивно развивает с я физик а фрак т альны х
низк оразм ерны х с т рук т ур. Порис т ы е низк оразм ерны е с трук т уры широк о
ис п ользую т с я в п роизводс тве с орбент ов, к атализат оров, в к ач ес т ве нос ит елей
м агнит ны х с трук т ур для нос ителей информ ации.
Пос ле того к ак Канх э м от к ры л фотолю м инес ценцию в п орис том к рем нии
(ПК) в видим ой облас т и [1], п ос т оянно рас тет ч ис ло физич ес к их и х им ич ес к их
с п ос обов п ревращ ения Si в э ффек тивны й излуч ат ель с вет а, х от я ос новны м
ос т ает с я м етод анодного т равления к рем ния. Однак о с трук т ура и м орфология
п оверх нос ти ПК изуч ена недос т ат оч но и, к ром е т ого, э т и п арам ет ры
с ущ ес т венно завис ят от режим ов п олуч ения п орис того к рем ния. Одной из
важней ших х арак т ерис т ик ПК являет с я знач ение п орис т ос т и P, к от орая
оп ределяет с п ек тр фот олою м инес ценции, к оэ ффициент с орбции п орис т ого
с лоя, рас с еяние с вет а м ат ериалом . Порис т ос т ь п ок азы вает от ношение объем а
п ор в с лое оп ределенной т олщ ины к объем у с ам ого э т ого с лоя P = Vп ор/Vс лоя. В
ч ас т нос т и, извес тно, ч то п ри п орис т ос ти м енее 55 % не удает с я п олуч ит ь
видим огос веч ения ПК.
И с п ользуем ы е в нас т оящ ее врем я м етоды жидк ос т ной п ором етрии им ею т
с ущ ес т венны е недос т ат к и, т ак ие к ак загрязнение образцов п ри изм ерении,
необх одим ос ть знач ительны х зат рат врем ени, а так же п олуч ение информ ации
лишь об отк ры т ы х п орах . В то же врем я в п роцес с е рос т а п орис т ого к рем ния
возм ожно образование и зак ры ты х п ор, к от оры е зак ры ваю т с я п ри
п ереос аждении нанок рис таллов к рем ния израс т вора в п роцес с е т равления [2].
Ок азы вает с я, для оп ределения п орис тос ти к рем ния м ожно ис п ользоват ь
м етод, ос нованны й на п оглощ ении рентгеновс к их луч ей , к оторы й п озволяет
избежать недос тат к ов жидк ос т ной п ором етрии и зам етно п овы с ит ь т оч нос т ь
оп ределения п орис тос т и.
М етод изм ерения ос нован на оп ределении п лотнос т и вещ ес тва
рент геновс к им м ет одом . Плотнос т ь п орис т ого к рем ния PpSi оп ределялас ь из
изм еряем ой э к с п ерим ент ально п лот нос ти ρpSi с оответ с т венно, п ри извес тной
п лот нос т и м онок рис таллич ес к ого к рем ния ρSi. Т огда п орис тос т ь м ожет бы т ь
оп ределена п оформ уле:
ρ Si − ρ pSi
PpSi , (%) = ⋅ 100% , (1)
ρ Si
Знач ения ρpSi оп ределяю т с я п о п оглощ ению рент геновс к их луч ей п ри
п рох ождении ч ерезс лой вещ ес т ва толщ иной d:
