Silici negre
El silici negre és un material semiconductor, una modificació superficial del silici amb una reflectivitat molt baixa i, corresponentment, una alta absorció de llum visible (i infraroja). La modificació es va descobrir a la dècada de 1980 com un efecte secundari no desitjat del gravat d'ions reactius (RIE).[1][2] Altres mètodes per formar una estructura similar inclouen el gravat electroquímic, el gravat amb taques, el gravat químic assistit per metalls i el tractament amb làser (que es desenvolupa al laboratori d'Eric Mazur a la Universitat Harvard).
El silici negre s'ha convertit en un actiu important per a la indústria solar fotovoltaica, ja que permet una major eficiència de conversió de llum a electricitat [3] de les cèl·lules solars de silici cristal·lí estàndard, la qual cosa redueix significativament els seus costos.[4] El silici negre és una estructura de superfície en forma d'agulla on les agulles estan fetes de silici d'un sol cristall i tenen una alçada superior a 10 µm i diàmetre inferior a 1 µm.[5] La seva característica principal és una major absorció de la llum incident: l'alta reflectivitat del silici, que sol ser del 20 al 30% per a una incidència quasi normal, es redueix a un 5%. Això es deu a la formació de l'anomenat medi efectiu [6] per les agulles. Dins d'aquest mitjà, no hi ha una interfície nítida, sinó un canvi continu de l'índex de refracció que redueix la reflexió de Fresnel. Quan la profunditat de la capa graduada és aproximadament igual a la longitud d'ona de la llum en silici (aproximadament una quarta part de la longitud d'ona al buit), la reflexió es redueix al 5%; els graus més profunds produeixen silici encara més negre.[7] Per a una reflectivitat baixa, les característiques a nanoescala que produeixen la capa graduada de l'índex han de ser més petites que la longitud d'ona de la llum incident per evitar la dispersió.[7]
Aplicacions
[modifica]Les característiques òptiques inusuals, combinades amb les propietats semiconductores del silici fan que aquest material sigui interessant per a aplicacions de sensors. Les aplicacions potencials inclouen: [8]
- Sensors d'imatge amb major sensibilitat.
- Càmeres tèrmiques.
- Fotodetector d'alta eficiència gràcies a una major absorció.[9][10]
- Contactes mecànics i interfícies.[11]
- Aplicacions de terahertz.[12][13][14][15]
- Cèl·lules solars.[16][17][18][19]
- Superfícies antibacterianes [20] que funcionen trencant físicament les membranes cel·lulars dels bacteris.
- Espectroscòpia Raman millorada en superfície.[21]
- Sensors de gas d'amoníac.[22]
Referències
[modifica]- ↑ Jansen, H; Boer, M de; Legtenberg, R; Elwenspoek, M Journal of Micromechanics and Microengineering, 5, 2, 1995, pàg. 115–120. Bibcode: 1995JMiMi...5..115J. DOI: 10.1088/0960-1317/5/2/015.
- ↑ Black Silicon[Enllaç no actiu] as a functional layer of the micro-system technology
- ↑ Alcubilla, Ramon; Garín, Moises; Calle, Eric; Ortega, Pablo; Gastrow, Guillaume von (en anglès) Nature Nanotechnology, 10, 7, 2015, pàg. 624–628. Bibcode: 2015NatNa..10..624S. DOI: 10.1038/nnano.2015.89. ISSN: 1748-3395. PMID: 25984832.
- ↑ Pearce, Joshua; Savin, Hele; Pasanen, Toni; Laine, Hannu; Modanese, Chiara (en anglès) Energies, 11, 9, 2018, pàg. 2337. DOI: 10.3390/en11092337 [Consulta: free].
- ↑ Black Silicon[Enllaç no actiu] as a functional layer of the micro-system technology
- ↑ C. Tuck Choy. Effective Medium Theory: Principles and Applications (en anglès). Oxford University Press, 1999. ISBN 978-0-19-851892-1.
- ↑ 7,0 7,1 Branz, H.M.; Yost, V.E.; Ward, S.; To, B.; Jones, K. Appl. Phys. Lett., 94, 23, 2009, pàg. 231121–3. Bibcode: 2009ApPhL..94w1121B. DOI: 10.1063/1.3152244.
- ↑ Carsten Meyer: "Black Silicon: sensor material of the future?" Heise Online. 5 February 2009
- ↑ Koynov, Svetoslav; Brandt, Martin S.; Stutzmann, Martin «Còpia arxivada». Applied Physics Letters, 88, 20, 2006, pàg. 203107. Arxivat de l'original el 2011-07-24. Bibcode: 2006ApPhL..88t3107K. DOI: 10.1063/1.2204573 [Consulta: 11 abril 2023].
- ↑ Koynov, Svetoslav; Brandt, Martin S.; Stutzmann, Martin «Còpia arxivada». Physica Status Solidi RRL, 1, 2, 2007, pàg. R53. Arxivat de l'original el 2011-07-24. Bibcode: 2007PSSRR...1R..53K. DOI: 10.1002/pssr.200600064 [Consulta: 11 abril 2023].
- ↑ Black Silicon[Enllaç no actiu] as a functional layer of the micro-system technology
- ↑ Gail Overton: Terahertz Technology: Black silicon emits terahertz radiation. In:Laser Focus World, 2008
- ↑ Cheng-Hsien Liu: Formation of Silicon nanopores and Nanopillars by a Maskless Deep Reactive Ion Etching Process [Enllaç no actiu], 11 November 2008
- ↑ Zhiyong Xiao. «Formation of Silicon Nanopores and Nanopillars by a Maskless Deep Reactive Ion Etching Process». A: TRANSDUCERS 2007 – 2007 International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference—Formation of Silicon Nanopores and Nanopillars by a Maskless Deep Reactive Ion Etching Process (en anglès), 2007, p. 89–92. DOI 10.1109/SENSOR.2007.4300078. ISBN 978-1-4244-0841-2.
- ↑ Martin Schaefer: Velcro in miniature – "silicon grass holds together micro-components" Arxivat 24 July 2011 a Wayback Machine. In: wissenschaft.de. 21 June 2006.
- ↑ Branz, Howard M.; Yuan, Hao-Chih; Oh, Jihun (en anglès) Nature Nanotechnology, 7, 11, 2012, pàg. 743–748. Bibcode: 2012NatNa...7..743O. DOI: 10.1038/nnano.2012.166. ISSN: 1748-3395. PMID: 23023643.
- ↑ Liu, Xiaogang; Coxon, Paul; Peters, Marius; Hoex, Bram; Cole, Jacqueline Energy & Environmental Science, 7, 10, 2014, pàg. 3223–3263. DOI: 10.1039/C4EE01152J [Consulta: free].
- ↑ Black Silicon Comes Back – And Cheaper than Ever, 7 September 2010
- ↑ Oh, J.; Yuan, H.-C.; Branz, H.M. Nature Nanotechnology, 7, 11, 2012, pàg. 743–8. Bibcode: 2012NatNa...7..743O. DOI: 10.1038/nnano.2012.166. PMID: 23023643.
- ↑ «Black silicon slices and dices bacteria» (en anglès). Gizmag.com. [Consulta: 29 novembre 2013].
- ↑ Xu, Zhida; Jiang, Jing; Gartia, Manas; Liu, Logan The Journal of Physical Chemistry C, 116, 45, 2012, pàg. 24161–24170. arXiv: 1402.1739. DOI: 10.1021/jp308162c.
- ↑ Liu, Xiao-Long; Zhu, Su-Wan; Sun, Hai-Bin; Hu, Yue; Ma, Sheng-Xiang ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 5, 17-01-2018, pàg. 5061–5071. DOI: 10.1021/acsami.7b16542. PMID: 29338182.