Doktorská práce má experimentální charakter, těžištěm je příprava série vzorků porézního křemíku z různých typů výchozích křemíkových substrátů (krystalický křemík s různým typem dopantu, krystalografickou orientací) při různých podmínkách přípravy (složení elektrolytu, přídavek různých iontů a organických látek do elektrolytu, proudová hustota apod.). Vzorky budou charakterizovány studiem morfologie zejména pomocí optické a elektronové mikroskopie, stanovením chemického složení povrchu pomocí infračervené mikrospektroskopie a studium procesů na rozhraní elektrolyt–křemík pomocí elektrochemických metod, zejména cyklické voltametrie. Vhodné vzorky porézního křemíku budou využity k povrchové funkcionalizaci chemickými látkami s molekulárním rozpoznáváním a pro měření fotoluminiscenčních vlastností (změny intenzity, spektrálního složení, dohasínání fotoluminiscence) na vzduchu a v prostředí vhodných analytů jako senzory vybraných chemických látek.
Seznam odborné literatury
1. L. Canham, Properties of porous silicon, EMIS Datarewies Ser. No.18, London 1997
2. M.J. Sailor, Porous silicon in Practice, Wiley-VCH, 2012.
3. V. Lehmann, Electrochemistry of Silicon, Wiley-WCh Verlag GmbH, Weinheim 2002.
4. W. Göpel, J. Hesse, J.N. Zemel, Sensors: A Comprehensive Survey, Vol. 1-3, Wiley-WCh Verlag GmbH, Weinheim.
Předběžná náplň práce
Porézní křemík je nanostrukturní materiál na bázi křemíku, který se nejčastěji připravuje anodickým leptáním krystalického křemíku v kyselině fluorovodíkové. Fyzikální a chemické vlastnosti porézního křemíku určují útvary rozměrů řádově jednotky až desítky nanometrů. Vlastnosti nanostrukturních materiálů jsou ve srovnání se svými makroskopickými protějšky ovlivněny kvantovým rozměrovým jevem a fyzikálně-chemickými jevy na jeho obrovském vnitřním povrchu. V závislosti na typu křemíkového substrátu (typ dopantu, vodivost, krystalografická orientace) a technologických podmínkách lze připravit materiál o různé velikosti pórů (makroporézní, mesoporézní a mikroporézní křemík) a o různém zastoupení vazeb Si-O a Si-H. Morfologie a chemické složení povrchu porézního křemíku předurčují jeho využití pro nejrůznější aplikace. Jednou z nejvýznamnějších aplikačních možností porézního křemíku je konstrukce senzorů chemických látek. K tomu lze využít výrazné citlivosti fyzikálních vlastností, zejména pak fotoluminiscence, křemíkových nanostruktur na stavu jejich povrchu. Detekce chemických látek je významným úkolem při monitorování životního prostředí, kontrole chemických a biologických procesů a testování kvality potravin. Zásadní předností senzorů konstruovaných na bázi křemíku je jejich možnost integrace na křemíkovém čipu.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Porous silicon is a nanostructured silicon-based material prepared mainly by anodic etching of crystalline silicon in hydrofluoric acid. Physical and chemical properties of porous silicon are governed by structures with sizes of the order of ones to tens of nanometers. Properties of nanostructure material are affected – as compared to macroscopic counterparts – by quantum confinement effect and enormous internal surface. According to type of silicon substrate (type of dopant, conductivity, crystallographic orientation) and technological conditions a material with different mean size of pores (macro-, meso- and nanoporous silicon) and surface chemical composition (different ratio of Si-O and Si-H bond) can be prepared. Morphology and surface chemical composition predestinated application potential of porous silicon for sensors of chemical species by taking advantage of strong sensitivity of physical properties of silicon nanocrystals – especially of photoluminescence – on the chemical state of a surface. Detection of chemical species is an important task in environmental monitoring, control of chemical and biological processes and testing of food quality. Principal advantage of silicon-based sensors is the possibility of integration on silicon chip..
