Estruturas porosas extremamente finas com orifícios minúsculos, semelhante a uma espécie de esponja em nível nano, pode ser gerado em semicondutores. Isso abre novas possibilidades para a realização de sensores minúsculos ou componentes óticos e eletrônicos incomuns. Já houve experimentos nessa área com estruturas porosas de silício. Agora, pesquisadores da TU Wien desenvolveram um método para a fabricação controlada de carboneto de silício poroso. O carboneto de silício tem vantagens significativas sobre o silício; tem maior resistência química, e pode, portanto, ser usado para aplicações biológicas, por exemplo, sem qualquer revestimento adicional necessário.

Para demonstrar o potencial desta nova tecnologia, os pesquisadores integraram um espelho especial que reflete seletivamente diferentes cores de luz em um wafer de SiC, criando camadas finas com uma espessura de aproximadamente 70 nm cada e com diferentes graus de porosidade.

"Há toda uma gama de possibilidades técnicas interessantes disponíveis para nós quando fazemos uma estrutura porosa com incontáveis ​​nano furos de uma peça sólida de um material semicondutor, "diz Markus Leitgeb, do Instituto de Sistemas de Sensores e Atuadores da TU Wien. Leitgeb desenvolveu a nova tecnologia de processamento de materiais como parte de sua dissertação." A estrutura porosa influencia a maneira como as ondas de luz são afetadas pelo material. Se pudermos controlar a porosidade, isso significa que também temos controle sobre o índice de refração óptico do material. "

Isso pode ser muito útil na tecnologia de sensor - por exemplo, o índice de refração de pequenas quantidades de líquido pode ser medido usando um sensor semicondutor poroso, permitindo assim uma distinção confiável entre diferentes líquidos.

Outra opção atraente de uma perspectiva orientada para a aplicação é primeiro tornar porosas certas áreas do wafer de SiC de uma maneira altamente localizada, antes de depositar uma nova camada de SiC sobre essas áreas porosas, e, em seguida, causando o colapso do último de maneira controlada - essa técnica produz microestruturas e nanoestruturas que também podem desempenhar um papel fundamental na tecnologia de sensores.

Contudo, é crucial que o material de partida apropriado seja selecionado. "Até agora, o silício tem sido usado para este propósito, um material com o qual já temos muita experiência, "diz o professor Schmid. O silício também tem desvantagens significativas, Contudo; sob condições ambientais adversas, como calor extremo ou em soluções alcalinas, estruturas feitas de silício são atacadas e rapidamente destruídas. Portanto, sensores feitos de silício geralmente não são adequados para aplicações biológicas ou eletroquímicas.

Por esta razão, pesquisadores tentaram alcançar algo semelhante com o carboneto de silício semicondutor, que é biocompatível e consideravelmente mais robusto do ponto de vista químico. Alguns truques especiais foram necessários, Contudo, a fim de produzir estruturas porosas de carboneto de silício.

O espelho com seleção de cores

Primeiro, a superfície é limpa, e então parcialmente coberto com uma fina camada de platina. O carboneto de silício é então imerso em uma solução de corrosão e exposto à luz ultravioleta, a fim de iniciar os processos de oxidação. Isso faz com que uma fina camada porosa - inicialmente com 1 µm de espessura - se forme nessas áreas que não são revestidas com platina. Uma carga elétrica é então aplicada para poder definir com precisão a porosidade e a espessura das camadas subsequentes. Aqui, a primeira camada porosa promove a formação dos primeiros poros quando a carga elétrica é aplicada.

"A estrutura porosa se espalha da superfície cada vez mais para o interior do material, "explica Markus Leitgeb." Ao ajustar a carga elétrica durante este processo, podemos controlar a porosidade que queremos ter em uma determinada profundidade. "Desta forma, foi possível produzir uma estrutura em camadas complexas de camadas de carboneto de silício com níveis mais altos e mais baixos de porosidade, que é finalmente separado do material a granel pela aplicação de um pulso de alta voltagem. A espessura das camadas individuais pode ser selecionada de modo que a estrutura em camadas reflita certos comprimentos de onda de luz particularmente bem ou permita que certos comprimentos de onda de luz passem, resultando em uma integração, espelho com seleção de cor.

"Assim, demonstramos que nosso novo método pode ser usado para controlar de forma confiável a porosidade do carboneto de silício em escala microscópica, "diz Ulrich Schmid." Esta tecnologia promete muitas aplicações potenciais, de revestimentos anti-reflexos, componentes ópticos ou eletrônicos e biossensores especiais, até supercondensadores resistentes. "