Молодой учёный

“Young Scientist” . #5 (40) . May 2012
ФИзИка
Определение параметров пористой структуры в por-Si и por-Al2O3 путем
компьютерной обработки данных растровой и атомно-силовой микроскопии
Спивак Юлия Михайловна, кандидат физико-математических наук, ассистент;
Соколова Екатерина Николаевна, аспирант;
Петенко Ольга Сергеевна, магистрант;
Травкин Павел Геннадьевич, магистрант
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Пористые полупроводники и оксиды металлов являются
чрезвычайно актуальными наноматериалами
и находят различные применения в технологиях ИМС и
МЭМС, сенсорике, оптоэлектронике, альтернативной
энергетике, медицине и др. [1–6]. Известно, что свойства
пористых материалов определяются такими их основными
характеристиками как пористость, размер и форма
пор, толщина перегородок между ними, наличие в объеме
продуктов электрохимических реакций и т.д. Например, в
зависимости от режимов электрохимической обработки
и параметров кремниевой подложки (типа проводимости,
уровня легирования, кристаллографической ориентации),
морфология и тип пористой структуры, а, следовательно,
и свойства полученных слоев пористого кремния могут
изменяться в широких пределах [7–11].
Традиционным методом исследования распределения
пор является метод сорбометрии, применение этого метода
к пористым наноматериалам описано в [12–14]. За
последнее время широкое распространение получили
оптические методы, так, в [14] был разработан новый
мощный неразрушающий метод – эллипсометрическая
адсорбционная порометрия, который был применен для
определении пористости и распределения мезо- и микропор
по размерам в тонких пленках.Оптический экспресс-метод
анализа пористости газочувствительных
датчиков, в основе которого были положены эллипсометрические
измерения эффективного значения коэффициента
преломленияприменялся для пористых материалов
и датчиков на их основе [15]. При изучении
пористых материалов методами сорбометрии важное
значение имеет явление коадсорбции. Применение метода
ядерного парамагнитного резонанса (ЯМр) [16, 17]
позволило установить разветвленность фрактальной системы
нанопор с диаметром пор ≥ 1,4 нм, а также диагностировать
формирование гетерофазной структуры
водного кластера. Эти результаты были получены в [18]
за счет обработки спектров ЯМр, при этом впервые методом
ЯМр проведено непосредственное измерение
фрактальной размерности Хаусдорфа-Безиковича для
Physics
реального физического объекта – двумерного кластера
координационно насыщенного монослоя сорбированных
молекул воды в пористом кристалле, равная 1,54, обнаружены
и исследованы уникальные эффекты динамической
и структурной гетерогенности, возникающие в сорбированном
пористой кристаллической структурой
монослое молекул воды.
Методы растровой электронной и атомно-силовой микроскопии
(АСМ) также широко применяются при исследовании
параметров пористой структуры por-Si, por-
Al2O3 и других пористых материалов [19–22]. Обычно,
для количественной оценки степени упорядоченности
структуры por-Al2O3 используется коэффициент упорядоченности
– отношение количества ячеек, гексагонально
расположенных друг относительно друга, к общему числу
ячеек на выбранной площади поверхности por-Al2O3 [21].
Но такой способ оценки качества структуры позволяет
судить только о доле гексагональных ячеек с формой,
близкой к идеальной, и оценивать ближний порядок
структуры. Тем не мене, известно, что в слое por-Al2O3 могут существовать области с размерами, например,
~ 500–700нм, в которых коэффициент упорядоченности
≈100%, разделенные переходными дефектными областями
[23]. Внутри таких областей – доменов, ячейки
строго ориентированы друг относительно друга. Но соседние
домены могут иметь различную ориентацию друг
относительно друга. Оценка упорядоченности на макроуровне
важна, так как будет определять свойства и размеры
рабочих областей функциональных структур на основе
por-Al2O3. В данной работе проводился анализ пористой структуры
слоев por-Al2O3по данным рЭМ с помощью цифровых
методов обработки изображений. В работе получали
слои por-Al2O3 электрохимическим анодированием в
электролитах на основе растворов H3PO4, H2SO4 [22, 24].
В [23] был предложен и далее развит в [22] один из вариантов
алгоритмов, позволяющих проводить оценку качества
сотовой структуры por-Al2O3 по данным микроскопических
изображений поверхности. Программный
1