Des cellules solaires qui captent plus de lumière, aux dispositifs médicaux résistants à la colonisation bactérienne; il existe de nombreuses applications pour les matériaux pourvus d'un revêtement hérissé de nanofils de silicium. La création de ces surfaces de silicium nanostructurées peut être difficile, mais les chercheurs d'A*STAR ont maintenant découvert comment contrôler au moins une route.

La gravure chimique assistée par métal (MacEtch) est l'un des moyens les plus évolutifs et les plus rentables de former ces surfaces, mais les chercheurs rencontrent fréquemment des divergences entre les modèles MacEtch existants et le processus en réalité.

Sing Yang Chiam de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues ont maintenant découvert le mécanisme de gouvernance clé par lequel fonctionne MacEtch. "Nous avons été très surpris par nos découvertes, " dit Chiam. " Ce n'est qu'après de nombreux tests répétés, et l'étudier sous de nombreux angles, sommes-nous devenus convaincus par notre modèle."

MacEtch est basé sur l'interaction du silicium avec un catalyseur (comme l'or) dans une « solution de gravure » de peroxyde d'hydrogène. Lorsqu'il est enduit de silicone, le catalyseur accélère l'attaque du peroxyde d'hydrogène à sa surface. Le processus peut être contrôlé, cependant, en mettant certains métaux bloquants entre le catalyseur et le silicium. Si cette couche intermédiaire est placée dans un motif de points à travers le silicium, lorsque le peroxyde d'hydrogène est ajouté, le silicium sous les plots est protégé de la gravure. Ces points protégés deviennent des nanofils de silicium au fur et à mesure que le silicium qui les entoure est dissous.

Chiam et son équipe ont récemment montré que le chrome métal est une bonne couche de blocage. Cependant, pourquoi le chrome a bien fonctionné, et quels autres métaux pourraient également bien fonctionner, n'était pas connu. « Nous avons entrepris de trouver le mécanisme de gouvernance fondamental, " dit Chiam. "Alors nous pourrions plus facilement déterminer si un matériau devrait ou ne devrait pas fonctionner."

Après avoir étudié systématiquement différents métaux bloquants, les chercheurs ont rapidement renversé l'idée prédominante selon laquelle le catalyseur contrôle la gravure en aidant à injecter des charges positives à l'interface catalyseur/silicium.

Au lieu, ils ont montré que la gravure est contrôlée par une réaction chimique « redox » entre le catalyseur et le silicium. Seuls les métaux avec un potentiel redox suffisamment élevé peuvent réagir avec et éliminer les atomes de silicium. Cette découverte aide à réconcilier les divergences expérimentales précédentes comme le résultat du chrome et signifie que les catalyseurs MacEtch ou les matériaux de blocage peuvent être choisis simplement en recherchant leur potentiel redox.

L'équipe utilise déjà sa nouvelle compréhension pour produire encore plus finement nanostructures de silicium plus profondément gravées, dit Chiam. Les applications vont de la filtration à la microélectronique, il ajoute. « Nous sommes impatients de trouver le bon partenaire pour faire avancer notre découverte et notre technologie. »