Strutture porose estremamente fini con piccoli fori, simile a una sorta di spugna a livello nano, possono essere generati nei semiconduttori. Questo apre nuove possibilità per la realizzazione di minuscoli sensori o componenti ottici ed elettronici insoliti. Ci sono già stati esperimenti in quest'area con strutture porose fatte di silicio. Ora, i ricercatori della TU Wien hanno sviluppato un metodo per la produzione controllata di carburo di silicio poroso. Il carburo di silicio presenta vantaggi significativi rispetto al silicio; ha una maggiore resistenza chimica, e può quindi essere utilizzato per applicazioni biologiche, Per esempio, senza alcun rivestimento aggiuntivo richiesto.

Per dimostrare le potenzialità di questa nuova tecnologia, i ricercatori hanno integrato uno specchio speciale che riflette selettivamente diversi colori di luce in un wafer di SiC creando strati sottili con uno spessore di circa 70 nm ciascuno e con diversi gradi di porosità.

"C'è un'intera gamma di eccitanti possibilità tecniche a nostra disposizione quando realizziamo una struttura porosa con innumerevoli nano fori da un pezzo solido di un materiale semiconduttore, " afferma Markus Leitgeb dell'Institute of Sensor and Actuator Systems presso TU Wien. Leitgeb ha sviluppato la nuova tecnologia di elaborazione dei materiali come parte della sua tesi. "La struttura porosa influenza il modo in cui le onde luminose sono influenzate dal materiale. Se possiamo controllare la porosità, questo significa che abbiamo anche il controllo sull'indice di rifrazione ottico del materiale".

Questo può essere molto utile nella tecnologia dei sensori, ad esempio l'indice di rifrazione di piccole quantità di liquido può essere misurato utilizzando un sensore a semiconduttore poroso, consentendo così una distinzione affidabile tra diversi liquidi.

Un'altra opzione interessante da una prospettiva orientata all'applicazione è innanzitutto rendere porose alcune aree del wafer di SiC in modo altamente localizzato, prima di depositare un nuovo strato di SiC su queste aree porose, e quindi provocando il collasso di quest'ultimo in modo controllato:questa tecnica produce microstrutture e nanostrutture che possono anche svolgere un ruolo chiave nella tecnologia dei sensori.

Però, è fondamentale selezionare il materiale di partenza appropriato. "Fino ad ora, il silicio è stato utilizzato per questo scopo, un materiale con cui abbiamo già molta esperienza, " afferma il professor Schmid. Il silicio ha anche degli svantaggi significativi, però; in condizioni ambientali difficili come il calore estremo o in soluzioni alcaline, le strutture in silicio vengono attaccate e rapidamente distrutte. Perciò, i sensori in silicio spesso non sono adatti per applicazioni biologiche o elettrochimiche.

Per questa ragione, i ricercatori hanno tentato di ottenere qualcosa di simile con il carburo di silicio semiconduttore, che è biocompatibile e considerevolmente più robusto dal punto di vista chimico. Erano necessari alcuni trucchi speciali, però, per produrre strutture porose dal carburo di silicio.

Lo specchio selettivo del colore

Primo, la superficie è pulita, e poi parzialmente ricoperto da un sottile strato di platino. Il carburo di silicio viene quindi immerso in una soluzione di attacco ed esposto alla luce UV, per avviare i processi di ossidazione. Ciò provoca la formazione di un sottile strato poroso, inizialmente spesso 1 μm, in queste aree che non sono rivestite di platino. Viene poi applicata anche una carica elettrica per poter impostare con precisione la porosità e lo spessore degli strati successivi. Qui, il primo strato poroso favorisce la formazione dei primi pori quando viene applicata la carica elettrica.

"La struttura porosa si diffonde sempre più dalla superficie all'interno del materiale, " spiega Markus Leitgeb. "Regolando la carica elettrica durante questo processo, possiamo controllare quale porosità vogliamo avere ad una data profondità." In questo modo, è stato possibile produrre una complessa struttura a strati di strati di carburo di silicio con livelli di porosità più alti e più bassi, che viene infine separato dal materiale sfuso applicando un impulso ad alta tensione. Lo spessore dei singoli strati può essere selezionato in modo tale che la struttura a strati rifletta particolarmente bene determinate lunghezze d'onda della luce o consenta il passaggio di determinate lunghezze d'onda della luce, con conseguente integrazione, specchio selettivo del colore.

"Abbiamo così dimostrato che il nostro nuovo metodo può essere utilizzato per controllare in modo affidabile la porosità del carburo di silicio su scala microscopica, " dice Ulrich Schmid. "Questa tecnologia promette molte potenziali applicazioni, da rivestimenti antiriflesso, componenti ottici o elettronici e biosensori speciali, fino a supercondensatori resistenti."