Синтез пленочных сплавов кремний-германий на основе химически формируемых слоев пористого кремния

Исследован процесс формирования пленок сплавов кремний-германий путем электрохимического заполнения пористой кремниевой матрицы германием с последующим быстрым термическим отжигом при температуре 950 °C в потоке аргона. Слои пористого кремния низкой пористости получены металл-стимулированным химическим травлением слаболегированных кремниевых пластин. Показано, что сформированная в данном температурном режиме пленка сплава всегда расположена на остаточном пористом подслое. При этом различие в толщине исходного слоя пористого кремния определяет не только толщину данного подслоя, но и толщину самой пленки сплава, а также ее состав. Такое поведение объясняется различиями в распределении градиента температуры: в случае более толстых пористых слоев отвод тепла от приповерхностной области слоя осложняется в связи с низкой теплопроводностью пористого кремния, и она подвергается нагреву в большей мере, приводя к росту более толстого слоя сплава с повышенным содержанием кремния. Предполагается, что наличие пористого подслоя способно обеспечить теплои электроизоляцию сформированной пленки сплава, что исключит необходимость ее переноса на диэлектрическую подложку для последующего использования в составе термоэлектрических преобразователей и иных устройств.

1. Schwinge C., Hoffmann R., Biedermann K., Czernohorsky M., Kannan J., Rudolph M., et al. (2024) Embedded Silicon-Germanium-Based Thermoelectric Devices on 300-mm Wafer. IEEE Transactions on Electron Devices. 71 (12), 7794-7801. https://doi.org/10.1109/TED.2024.3482259.

2. Cook B. (2022) Silicon-Germanium: The Legacy Lives On. Energies. 15 (8). https://doi.org/10.3390/en15082957.

3. Rao S., Sahu S., Bano N., Shukla D., Dayal V. (2024) Investigation of Low-Temperature Thermoelectric Properties of Si0.8Ge0.2 Alloy Irradiated by High Energy Electron Beam. Current Applied Physics. 57, 33-41. https://doi.org/10.1016/j.cap.2023.10.012.

4. Chubenko E., Redko S., Dolgiy A., Bandarenka H., Prischepa S., Bondarenko V. (2016) Porous Silicon as Host and Template Material for Fabricating Composites and Hybrid Materials. Porous Silicon: From Formation to Applications: Optoelectronics, Microelectronics, and Energy Technology Applications, Volume Three. 183-207.

5. Grevtsov N., Chubenko E., Bondarenko V., Gavrilin I., Dronov A., Gavrilov S., et al. (2025) Thermoelectric Materials Based on Cobalt-Containing Sintered Silicon-Germanium Alloys. Materials Research Bulletin. 184. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2024.113258.

6. Cheek Q. (2021) Understanding Nucleation and Growth of Crystalline Germanium Through in-Situ Studies of the ec-LLS Technique. Available: http://deepblue.lib.umich.edu/handle/2027.42/169893 (Accessed 31 October 2024).

7. Alhmoud H., Brodoceanu D., Elnathan R., Kraus T., Voelcker N. (2021) A MACEing Silicon: Towards Single-Step Etching of Defined Porous Nanostructures for Biomedicine. Progress in Materials Science. 116. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100636.

8. Nur’aini A., Oh I. (2022) Deep Etching of Silicon Based on Metal-Assisted Chemical Etching. ACS Omega. 7 (19), 16665-16669. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c01113.

9. Volodin V. A., Efremov M. D., Deryabin A. S., Sokolov L. V. (2006) Determination of the Composition and Stresses in GexSi(1−x) Heterostructures from Raman Spectroscopy Data: Refinement of Model Parameters. Semiconductors. 40 (11), 1314-1320. https://doi.org/10.1134/S106378260611011X.