Herstellung von makroporösen Epitaxial-Quarz-Films auf Silizium durch Chemical Solution Deposition

Wenn ein piezoelektrisches Material, wie α-Quarz mit einer Vorspannung abgegeben wird es einer mechanischen Verformung. Wenn dieses Material porös ist, können diese Volumenänderungen zu Poren Expansion oder Kontraktion führen, die Schaffung eines ansprechenden Systems ähnlich dem, was in lebenden biologischen Organellen zu beachten. ¹ verformbare poröse α-Quarz wurde unter Verwendung von ^Mikro, 2 produziert, aber diese Techniken noch nicht erzeugen 3D-Porenstrukturen, und der Porendurchmesser in der Größenordnung von mehreren hundert Nanometern. Kristallisation von strukturierten amorphen Kieselsäure durch inhomogene Keimbildung durch eine hohe Oberflächenenergien und architektonischen Verformung aufgrund der Vergröberung und Schmelzen verursacht behindert. Außerdem, da alle Formen von Siliciumdioxid sind auf äußerst stabile _SiO 4 Tetraeder-Netzwerke errichtet, die freie Energie der Bildung von amorphem Siliziumdioxid, α-Quarz und andere _{SiO2-Modifikationen} in einem weiten Bereich von Temperaturen, Makin nahezu gleich sindg es schwierig, α-Quarz als ein einziges Polymorphs aus der Kristallisation eines amorphen Kieselgel herzustellen. ³ ein weiterer Aspekt, schwieriger macht die kontrollierte Kristallisation von strukturierten amorphen Siliciumdioxids ist, dass Quarz stellt eine relativ langsame Keimbildungsgeschwindigkeit jedoch ein extrem schnelles Wachstum, zwischen 10-94 nm berichtet / sec. ^4,5 Langsame Keimbildung in Verbindung mit schnellem Wachstum neigt Kristalle viel größer als die ursprüngliche nanoporöse Struktur, wodurch das ursprüngliche Morphologie verloren zu erzeugen. Alkalimetalle, wie Na ^{+ und Li} +, verwendet worden, um α-Quarz kristallisieren, häufig in Kombination mit hydrothermaler Behandlung. ^5,6 Auch ein ^Ti 4+ / Ca ²⁺ Kombination wurde verwendet, um kugelförmige Teilchen von Siliciumdioxid in kristallisieren Quarz durch einen Weg der sanften Chemie unter Verwendung von Silizium-Alkoxide. ^{7 ist die} gesteuerte Kristallisation eines strukturierten amorpher Kieselsäure Film in Quarz blieb jedoch eine Herausforderung.

<p class="jove_content"> jüngster Strontium wurde gefunden, daß die Keimbildung und das Wachstum der kristallinen _SiO 2 bei Umgebungsdruck und relativ niedrigen Temperaturen zu katalysieren. ^8,9 Epitaxy, ergibt sich aus der guten Übereinstimmung zwischen α-Quarz und der <100> Silizium-Substrat, Herstellung von orientierten piezoelektrischen Dünnfilme. Verdampfen induzierten Selbstorganisation mesoporösen Siliciumdioxid Folien herzustellen wird seit 1999 ¹⁰ Diese Technik wurde untersucht und auf eine Vielzahl von Matrixmittel unter verschiedenen Bedingungen angelegt, um Poren von variablen Größen und Mesophasen herzustellen. Es wurde gefunden, daß subnanometric Veränderungen Mesoporengröße kann eine dramatische Auswirkung auf solute Diffusion durch poröse Systeme ¹¹ aufweisen, Validierung dieser große Aufmerksamkeit auf die Struktur Pore. Darüber hinaus kann die Zugänglichkeit zu der internen Kieselsäure Porensystem durch Steuern der mizellaren Phase der Vorlage erhalten werden. ¹²

Hier wird der Syntheseweg tKappe ermöglicht uneingeschränkte Kontrolle über die Dicke und die Porengröße aus amorphem Siliciumdioxid-Schichten unter Verwendung einer neuen Phasentrennung zeigten. ¹³ Diese Filme werden mit Sr (II) salze und kristallisiert, um a-Quarz bei 1000 ° C an der Luft bei Umgebungsdruck infiltriert. Die Porengröße zurückhaltbar mit diesen Kristallisationsprozess wird bestimmt, und die Wirkung der Wandstärke und der Filmdicke untersucht. Schließlich die Piezoelektrizität und die Verformbarkeit des Porensystems untersucht.