Dalle celle solari che catturano più luce, ai dispositivi medici che resistono alla colonizzazione da parte dei batteri; ci sono molte applicazioni per materiali dotati di un rivestimento ispido di nanofili di silicio. La creazione di queste superfici di silicio nanostrutturato può essere impegnativa, ma i ricercatori di A*STAR ora hanno scoperto come controllare almeno un percorso.

L'incisione chimica assistita da metallo (MacEtch) è uno dei modi più scalabili ed economici per formare queste superfici, ma i ricercatori incontrano spesso discrepanze tra i modelli MacEtch esistenti e il processo nella realtà.

Sing Yang Chiam dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering ei suoi colleghi hanno ora scoperto il meccanismo di governo chiave con cui funziona MacEtch. "Siamo rimasti molto sorpresi dalle nostre scoperte, " dice Chiam. "Solo dopo molti test ripetuti, e studiandolo da molte angolazioni, ci siamo convinti del nostro modello."

MacEtch si basa sull'interazione del silicio con un catalizzatore (come l'oro) in una "soluzione di incisione" di perossido di idrogeno. Quando rivestito su silicone, il catalizzatore accelera l'attacco del perossido di idrogeno sulla sua superficie. Il processo può essere controllato, però, mettendo alcuni metalli bloccanti tra il catalizzatore e il silicio. Se questo strato intermedio viene posizionato in uno schema a punti attraverso il silicio, quando viene aggiunto il perossido di idrogeno, il silicone sotto i punti è protetto dall'incisione. Questi punti protetti diventano nanofili di silicio quando il silicio che li circonda si dissolve.

Chiam e il suo team hanno recentemente dimostrato che il metallo di cromo è un buon strato bloccante. Però, perché il cromo ha funzionato bene, e quali altri metalli potrebbero anche funzionare bene, non era noto. "Ci siamo proposti di trovare il meccanismo di governo fondamentale, " Chiam dice. "Allora potremmo determinare più facilmente se un materiale dovrebbe o non dovrebbe funzionare."

Dopo aver studiato sistematicamente diversi metalli bloccanti, i ricercatori hanno presto ribaltato l'idea prevalente che il catalizzatore controlli l'incisione aiutando a iniettare cariche positive all'interfaccia catalizzatore/silicio.

Anziché, hanno mostrato che l'incisione è controllata da una reazione chimica "redox" tra il catalizzatore e il silicio. Solo i metalli con un potenziale redox sufficientemente alto possono reagire e rimuovere gli atomi di silicio. Questa scoperta aiuta a riconciliare precedenti discrepanze sperimentali come il risultato del cromo e significa che i catalizzatori MacEtch oi materiali bloccanti possono essere scelti semplicemente cercando il loro potenziale redox.

Il team sta già utilizzando la sua nuova comprensione per produrre dettagli ancora più dettagliati, nanostrutture di silicio più profondamente incise, Chiam dice. Le applicazioni spaziano dalla filtrazione alla microelettronica, Aggiunge. "Non vediamo l'ora di trovare il partner giusto per portare avanti la nostra scoperta e la nostra tecnologia".