식각시간 및 식각전류에 따른 n-Ptype 다공성 실리콘의 발광 특성을 기초로한 폭발물 센서로써의 제작

Abstract

다공성 실리콘은 1입방센티미터당 수백 평방미터에 해당하는매우 큰 특정한 표면적을 가지고, 이것은 순수실리콘 웨이퍼 표면적의 약 천배에 해당하여 기체나 액체센서로의 응용에 이상적이다. 저항값이 1-10Ώcm인 n-Type 실리콘웨이퍼를 일반적으로 HF와 에탄올 용매를 이용하여 전기화학적 식각을 수행하면 발광특성을 갖는 다공성 실리콘이 만들어진다. 이실험에서 발광특성을 갖는 다공성 실리콘은 galvanostat을 이용하여 정전류를 흘려주어 얻을 수 있다. 다공성 실리콘의 발광 특성과 표면의 형태는 식가신간과 전류밀도의 조절과밀접한 관계가 있다. 다공성 실리콘은 표면이 대부분 수소원자로 둘러싸여진 실리콘 나노결정의로 연결되어 존재한다. 본 연구에 사용된 다공성 실리콘 시료는 자외선 파장을 여기 파장으로 하였을 때 가시영역대에서 강한 붉은 발과 특성을 보인 것을 사용하였다. 붉은색의 발광 특성은 다공성 실리콘에서 실리콘 나노결정의 양자가둠표과에 기인한다 다공성 실리콘 샘플은 전류 밀도 50-700mA/cm2 까지의 범위에서 50-300초 동안 흘려줌으로 인해 준비하였다. 각각의 식각전류의 변화에 따른 발광 스펙트럼들을 나타낸 것이다. 50-300초의 식각시간으로 각각의 식각 전류로부터 얻은 다공성 실리콘의 발광 스펙트럼 식각 시간을 일정하게하고 식각전류의 세기를 변화시켰을 때 식각 전류의 세기가 200mA일 경우 가장 높은 발광 효율을 얻었으며, 200mA 보다 높은 식각전류를 이용하여 전기화학적 식각을 하였을 때 다공성 실리콘의 발광세기는 감소하는 경향을 얻었다. 800mA 이상의 식각전류를 흘려주었을 경우에는 다공성 실리콘이 형성되지 않고 붕괴되어 필름이 실리콘 웨이퍼로부터 분리되어 식각 도중에 뜨는 현상이 발견되었다. 식각전류가 200mA 이하인 경우에도 역시 다공성 실리콘의 발광특성이 감소하는 현상을 얻었다.