O se Mea Fou Fou Fou - Black Silicon
O le silicon uliuli o se ituaiga fou o mea silicon e iai ona uiga optoelectronic silicon. O lenei tusiga o loʻo aoteleina ai galuega suʻesuʻe i luga o le silicon uliuli na faia e Eric Mazur ma isi tagata suʻesuʻe i tausaga talu ai nei, ma faʻamatalaina auiliili ai le sauniuniga ma le faiga o le fausiaina o le silicon uliuli, faʻapea foʻi ma ona uiga e pei o le mitiia, luminescence, field emission, ma le tali atu o le spectral. O loʻo faʻailoa mai ai foʻi le taua o faʻaoga o le silicon uliuli i masini e iloa ai le infrared, solar cells, ma faʻaaliga mafolafola.
E fa'aaogaina lautele le crystalline silicon i le alamanuia semiconductor ona o ona lelei e pei o le faigofie ona fa'amamāina, faigofie ona fa'aopoopo i ai le doping, ma le tete'e atu i le vevela maualuga. Peita'i, e tele fo'i ona fa'aletonu, e pei o le maualuga o le atagia mai o le malamalama va'aia ma le malamalama infrared i luga o lona fogā'ele'ele. E le gata i lea, ona o lona va tele o le band,silicon tioatae le mafai ona mitiia le malamalama ma galu e sili atu i le 1100 nm. A sili atu le galu o le malamalama e ulufale mai i le 1100 nm, e matua faaitiitia le mitiia ma le fua faatatau o tali a masini e iloa ai le silicon. E tatau ona faaaogaina isi mea e pei o le germanium ma le indium gallium arsenide e iloa ai nei galu. Peitai, o le taugata tele, le leaga o meatotino thermodynamic ma le lelei o le tioata, ma le le fetaui ma faiga silicon ua leva ona iai, e faatapulaaina ai lo latou faaaogaina i masini e faavae i le silicon. O le mea lea, o le faaitiitia o le atagia mai o luga o le crystalline silicon ma le faalauteleina o le vaega o galu e iloa ai o masini e iloa ai le silicon ma le silicon-compatible photodetectors o loo avea pea ma autu o suesuega vevela.
Ina ia faʻaitiitia le atagia mai o luga o le crystalline silicon, e tele metotia ma auala faʻataʻitaʻi ua faʻaaogaina, e pei o le photolithography, reactive ion etching, ma le electrochemical etching. O nei metotia e mafai, i se tulaga, ona suia le foliga o le luga ma le foliga o le pito i luga o le crystalline silicon, ma faʻaitiitia ai.silikoni fa'aata o le luga. I le vaega o le malamalama vaaia, o le fa'aitiitia o le fa'aata e mafai ona fa'ateleina ai le mitiia ma fa'aleleia atili ai le lelei o le masini. Peita'i, i galu e sili atu i le 1100 nm, afai e leai ni tulaga malosi o le mitiia e fa'aofiina i totonu o le va o le fusi silicon, o le fa'aitiitia o le fa'aata e na'o le fa'ateleina ai o le fesiitaiga, aua o le va o le fusi o le silicon e i'u lava ina fa'atapula'aina ai lona mitiia o le malamalama uumi-galu. O le mea lea, ina ia fa'alauteleina le vaega o galu maaleale o masini e fa'avae i luga o le silicon ma masini e fetaui ma le silicon, e tatau ona fa'ateleina le mitiia o le photon i totonu o le va o le fusi a'o fa'aitiitia ai le fa'aata o le luga silicon.
I le faaiuga o le vaitau o le 1990, na maua ai e Polofesa Eric Mazur ma isi i le Iunivesite o Harvard se mea fou—silicon uliuli—i le taimi o a latou suesuega i le fegalegaleaiga o laser femtosecond ma mea, e pei ona faaalia i le Ata 1. A o suesueina meatotino photoelectric o le silicon uliuli, na ofo Eric Mazur ma ana paaga i le iloaina o lenei mea silicon microstructured e iai ona meatotino photoelectric tulaga ese. E mitiia toetoe lava o malamalama uma i le vaega e lata ane i le ultraviolet ma le infrared (0.25–2.5 μm), e faaalia ai uiga lelei o le luminescence vaaia ma le infrared ma meatotino lelei o le faasalalauina o le fanua. O lenei mauaina na mafua ai se lagona i le pisinisi semiconductor, ma mekasini tetele na tauva e lipotia mai. I le 1999, o mekasini Scientific American ma Discover, i le 2000 le vaega faasaienisi a le Los Angeles Times, ma le 2001 o le mekasini New Scientist na lolomiina uma ai tusiga e talanoaina ai le mauaina o le silicon uliuli ma ona aoga, ma talitonu o loo i ai sona aoga taua i vaega e pei o le remote sensing, fesootaiga opitika, ma microelectronics.
I le taimi nei, o T. Samet mai Falani, Anoife M. Moloney mai Aialani, Zhao Li mai le Iunivesite o Fudan i Saina, ma Men Haining mai le Chinese Academy of Sciences ua uma ona faia ni suʻesuʻega loloto i luga o le silicon uliuli ma ua ausia ai ni taunuuga muamua. O le SiOnyx, o se kamupani i Massachusetts, ISA, ua oo lava ina maua le $11 miliona i tupe faavae e avea o se faavae mo le atinaeina o tekinolosi mo isi kamupani, ma ua amata le gaosiga faapisinisi o wafers silicon uliuli e faavae i luga o sensor, ma ua sauni e faaaoga oloa ua maeʻa i faiga o ata infrared o le isi tupulaga. Na taʻua e Stephen Saylor, le Pule Sili o le SiOnyx, o le taugofie ma le maualuga o le maaleale o le tekinolosi silicon uliuli o le a tosina mai ai le mafaufau o kamupani e taulai i maketi o suesuega ma ata faafomai. I le lumanai, e ono ulufale atu foi i le maketi o meapueata numera ma meapueata vitio e tele piliona tala. O loʻo faʻataʻitaʻi foʻi le SiOnyx i meatotino photovoltaic o le silicon uliuli, ma e foliga mai e tele.silicon uliulio le a fa'aaogaina i sela o le la i le lumana'i. 1. Fa'agasologa o le Fausiaina o le Silikon Uliuli
1.1 Faiga o le Sauniuniga
E fa'amamāina fa'asolosolo ia wafer silicon kristale e tasi i le trichloroethylene, acetone, ma le methanol, ona tu'u lea i luga o se tulaga fa'amoemoe e mafai ona fe'avea'i fa'atolu i totonu o se potu e fa'amamā ai le ea. O le mamafa fa'avae o le potu e fa'amamā ai le ea e itiiti ifo i le 1.3 × 10⁻² Pa. O le kasa galue e mafai ona avea ma SF₆, Cl₂, N₂, ea, H₂S, H₂, SiH₄, ma isi, fa'atasi ai ma le mamafa galue o le 6.7 × 10⁴ Pa. I se isi itu, e mafai ona fa'aogaina se siosiomaga e fa'amamā ai le ea, pe mafai fo'i ona ufiufi pauta elemene o le S, Se, po'o le Te i luga o le silicon i totonu o se masini e fa'amamā ai le ea. E mafai fo'i ona fa'asusu le tulaga fa'amoemoe i le vai. O pulse femtosecond (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) e gaosia e se Ti:sapphire laser regenerative amplifier e fa'atatauina e se tioata ma fa'asalalauina fa'ata'amilomilo i luga o le silicon surface (o le malosiaga o le laser e pulea e se attenuator, lea e aofia ai se afa-wave plate ma se polarizer). I le fa'agaoioia o le vaega fa'amoemoe e su'esu'e ai le vaega silicon i le laser spot, e mafai ona maua ai se vaega tele o le silicon black material. O le suia o le mamao i le va o le tioata ma le silicon wafer e mafai ona fetu'una'i ai le tele o le malamalama spot e fa'asalalauina i luga o le silicon surface, ma suia ai le laser fluence; pe a tumau le tele o le spot, o le suia o le saoasaoa o le gaioiga o le vaega fa'amoemoe e mafai ona fetu'una'i ai le aofa'i o pulse e fa'asalalauina i luga o le iunite o le silicon surface. O le working gas e a'afia tele ai le foliga o le silicon surface microstructure. Pe a tumau le working gas, o le suia o le laser fluence ma le aofa'i o pulse e maua i le iunite o le area e mafai ona pulea ai le maualuga, aspect ratio, ma le va o microstructures.
1.2 Uiga Fa'amikroskopi
A maeʻa le femtosecond laser irradiation, o le fogāeleele silicon crystalline lamolemole muamua e faʻaalia ai se faʻasologa o fausaga conical laiti e foliga tutusa ma le faʻatulagaina masani. O pito i luga o le cone e i luga o le vaalele tutusa ma le fogāeleele silicon e leʻi faʻavevela. O le foliga o le fausaga conical e fesoʻotaʻi ma le kesi galue, e pei ona faʻaalia i le Ata 2, lea o fausaga conical o loʻo faʻaalia i le (a), (b), ma le (c) ua fausia i le SF₆, S, ma le N₂ atmospheres, i le faasologa. Peitaʻi, o le itu o pito i luga o le cone e tutoʻatasi mai le kesi ma e faʻasino i taimi uma i le itu o le laser incidence, e le aʻafia i le kalave, ma e tutoʻatasi foʻi mai le ituaiga doping, resistivity, ma le crystal orientation o le crystalline silicon; o faʻavae cone e le tutusa, faʻatasi ai ma o latou axis puʻupuʻu e tutusa ma le itu o le laser polarization. O fausaga conical e fausia i le ea e sili ona maʻaʻa, ma o latou fogāeleele e ufiufi i nanostructures dendritic sili atu ona lelei o le 10–100 nm.
O le maualuga o le laser fluence ma le tele o le aofaʻi o pulses, o le maualuga ma le lautele foʻi lea o fausaga conical. I le kesi SF6, o le maualuga h ma le va o d o fausaga conical e iai se sootaga e le laina, lea e mafai ona faʻaalia pe tusa o le h∝dp, lea p=2.4±0.1; o le maualuga h ma le va o d e faʻateleina tele i le faʻateleina o le laser fluence. A faʻateleina le fluence mai le 5 kJ/m² i le 10 kJ/m², o le va o d e faʻateleina i le 3 taimi, ma a tuʻufaʻatasia ma le sootaga i le va o le h ma le d, o le maualuga h e faʻateleina i le 12 taimi.
A maeʻa ona faʻamafanafana i le vevela maualuga (1200 K, 3 itula) i totonu o se masini e leai se ea, o fausaga faʻa-conical osilicon uliulie le'i tele se suiga, ae o le 10–100 nm dendritic nanostructures i luga o le fogaeleele na matua fa'aitiitia. Na fa'aalia e le Ion channeling spectroscopy o le fa'aletonu i luga o le fogaeleele conical na fa'aitiitia ina ua mae'a le fa'amafanafana, ae o le tele o fausaga fa'aletonu e le'i suia i lalo o nei tulaga fa'amafanafana.
1.3 Faiga Fa'avae
I le taimi nei, e le o manino lelei le auala e fausia ai le silicon uliuli. Peita’i, na manatu Eric Mazur ma isi, e fa’atatau i le suiga o le foliga o le microstructure o luga o le silicon fa’atasi ai ma le siosiomaga galue, i lalo o le fa’aosofiaina o lasers femtosecond malolosi, e iai se tali fa’akemikolo i le va o le kesi ma le luga o le silicon crystalline, ma mafai ai ona vaneina le luga o le silicon e nisi kesi, ma fausia ai ni cones ma’ai. Na fa’atatau e Eric Mazur ma isi auala fa’aletino ma fa’akemikolo o le fausiaina o le microstructure o luga o le silicon i le: liusuavai ma le fa’amamago o le substrate silicon e mafua mai i le maualuga o le fluence laser pulses; vaneina o le substrate silicon e ions reactive ma particles na gaosia e le laser field malosi; ma le toe fa’amamago o le vaega ua uma ona vaneina o le substrate silicon.
O fausaga fa'akoniketi i luga o le fogāeleele silicon e fa'afuase'i ona fausia, ma e mafai ona fausia se fa'asologa e foliga masani e aunoa ma se ufimata. Na fa'apipi'i e MY Shen ma isi se upega apamemea e 2 μm le mafiafia o le microscope eletise fa'asalalau i luga o le fogāeleele silicon e fai ma ufimata, ona fa'avevela lea o le silicon wafer i le kesi SF6 i se laser femtosecond. Na latou maua se fa'asologa e matua'i fa'atulagaina lelei lava o fausaga fa'akoniketi i luga o le fogāeleele silicon, e ogatasi ma le mamanu o le ufimata (tagai Ata 4). O le tele o le avanoa o le ufimata e matua'i a'afia ai le fa'atulagaina o fausaga fa'akoniketi. O le diffraction o le laser e ulufale mai e ala i avanoa o le ufimata e mafua ai ona le tutusa le tufatufaina atu o le malosiaga o le laser i luga o le fogāeleele silicon, ma i'u ai ina tufatufaina atu le vevela fa'avaitaimi i luga o le fogāeleele silicon. O lenei mea e iu ai ina fa'amalosia le fa'asologa o le fausaga o le fogāeleele silicon e avea ma masani.