PDF (tesi dottorato ROTIROTI) - FedOA - Università degli Studi di ...

dell’ordine dei 10-100 nm. Questo si ottiene dalla parziale dissoluzione di silicio di tipo p + ,
con elevato numero di portatori liberi di carica dunque, in una soluzione di acido fluoridrico
ed etanolo in rapporto 1:1. Per ottenere strati di silicio poroso con porosità e spessore
definiti è stato necessario, una volta fissata la composizione della soluzione elettrolitica ed
il tipo e livello di drogaggio del substrato di silicio cristallino, calibrare il sistema di
produzione e cioè costruire delle curve sperimentali che determinano la velocità di attacco
(“etch rate” [nm/s] ) e la porosità, ottenuta al variare della densità di corrente applicata alla
cella.
Una delle caratteristiche peculiari del processo di produzione del silicio poroso è di essere
“self-stopping”: se si interrompe l’attacco elettrochimico fermando l’erogazione di corrente,
lo strato di poroso formatosi è svuotato dai portatori liberi di carica che hanno partecipato
alla dissoluzione del silicio cristallino, per cui riprendendo ad erogare corrente il processo
riparte dall’interfaccia silicio poroso-silicio cristallino, ove sono presenti i portatori di carica.
In questo modo è possibile creare, durante un unico processo di attacco, strati successivi
e adiacenti di silicio poroso con spessori e porosità diverse l’uno dall’altro partendo
dall’alto (prima superficie esposta) verso il basso (fondo del wafer di silicio cristallino). Il
buon controllo del processo di attacco permette la progettazione e la realizzazione di
strutture in PSi con specifiche caratteristiche ottiche. È possibile realizzare dispositivi a
singolo strato, questi si comportano dal punto di vista ottico come degli interferometri
(Fabry-Perot) il cui spettro in riflessione è riportato in Figura 5 (a) o progettare dispositivi
multistrato a specifiche lunghezze d’onda di risonanza, quali microcavità ottiche (b),
specchi di Bragg (c) e sequenze Thue-Morse (d).
Reflectivity (a.u.)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
a
Reflectivity (a.u)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
monostrato
600 800 1000 1200 1400 1600
Wavelength (nm)
specchio di Bragg
600 800 1000 1200 1400 1600
b
Reflectivity (a.u)
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
microcavità ottica
800 1000 1200 1400
Wavelength (nm)
600 800 1000 1200 1400 1600
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
c
d
Figura 5: schematizzazioni e spettri in riflessione dei dispositivi in silicio poroso ottenuti illuminando con luce
bianca.
Lo spettro in riflessione si ottiene facendo incidere sul dispositivo un fascio di luce
collimato, proveniente da una sorgente ad ampio spettro (400-1600 nm), ed inviando la
luce riflessa ad un analizzatore ottico di spettro secondo lo schema riportato in Figura 6.
Reflectivity (a.u)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Thue Morse S6
Figura 6: apparato sperimentale utilizzato per misurare gli spettri ottici di riflessione dei campioni in PSi
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