Usando combinações cuidadosamente selecionadas de metais, é possível gravar padrões complexos em uma superfície de silício, como mostrado acima. Crédito:Ref. 1 e licenciado sob CC BY 4.0 © 2016 L. Kong et al.
A partir de células solares que captam mais luz, a dispositivos médicos que resistem à colonização por bactérias; há muitas aplicações para materiais com revestimento eriçado de nanofios de silício. Criar essas superfícies de silício nanoestruturadas pode ser desafiador - mas os pesquisadores do A * STAR descobriram como controlar pelo menos uma rota.
A corrosão química assistida por metal (MacEtch) é uma das maneiras mais escalonáveis e econômicas de formar essas superfícies, mas os pesquisadores freqüentemente encontram discrepâncias entre os modelos MacEtch existentes e o processo na realidade.
Sing Yang Chiam, do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais, e seus colegas descobriram agora o principal mecanismo de governança pelo qual MacEtch funciona. "Ficamos muito surpresos com nossas descobertas, "diz Chiam." Só depois de muitos testes repetidos, e estudá-lo de muitos ângulos, ficamos convencidos com o nosso modelo. "
MacEtch é baseado na interação do silício com um catalisador (como o ouro) em uma 'solução de corrosão' de peróxido de hidrogênio. Quando revestido em silicone, o catalisador acelera o ataque do peróxido de hidrogênio em sua superfície. O processo pode ser controlado, Contudo, colocando certos metais de bloqueio entre o catalisador e o silício. Se esta camada intermediária for colocada em um padrão de pontos ao longo do silício, quando o peróxido de hidrogênio é adicionado, o silicone abaixo dos pontos é protegido contra corrosão. Esses pontos protegidos tornam-se nanofios de silício à medida que o silício ao redor deles é dissolvido.
Chiam e sua equipe mostraram recentemente que o metal de cromo é uma boa camada de bloqueio. Contudo, porque o cromo funcionou bem, e quais outros metais também podem ter um bom desempenho, não era conhecido. "Começamos a encontrar o mecanismo fundamental de governança, "Chiam diz." Então poderíamos determinar mais facilmente se um material deve ou não funcionar. "
Depois de estudar sistematicamente diferentes metais de bloqueio, os pesquisadores logo derrubaram a ideia predominante de que o catalisador controla a corrosão, ajudando a injetar cargas positivas na interface catalisador / silício.
Em vez de, eles mostraram que a corrosão é controlada por uma reação química 'redox' entre o catalisador e o silício. Apenas metais com um potencial redox alto o suficiente podem reagir com e remover átomos de silício. Esta descoberta ajuda a reconciliar discrepâncias experimentais anteriores como o resultado do cromo e significa que os catalisadores MacEtch ou materiais de bloqueio podem ser escolhidos simplesmente observando seu potencial redox.
A equipe já está usando seu novo entendimento para produzir ainda mais detalhados, nanoestruturas de silício gravadas mais profundamente, Diz Chiam. As aplicações variam de filtração a microeletrônica, ele adiciona. "Estamos ansiosos para encontrar o parceiro certo para levar nossa descoberta e tecnologia adiante."
