Técnica fotoacústica aplicada a la determinación de propiedades térmicas de muestras de silicio poroso
A. Gutiérrezª, J. Giraldoª , M.E. Rodríguez–Garcíab
ª Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia–Sede Bogotá, Avenida Carrera 30 No. 45–03, Ciudad Universitaria, Bogotá, D.C., Colombia, e–mail: agutierrezr@unal.edu.co
b Departamento de Nanotecnología, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México, Querétaro, 76000, México, e–mail: marioga@fata.unam.mx
Recibido el 8 de marzo de 2010 ]]> Aceptado el 9 de diciembre de 2010
Resumen
La técnica fotoacústica es una técnica que estudia la interacción de la radiación con la materia a través de un fenómeno conocido como efecto fotoacustico. En este trabajo, mediante el ajuste teórico de medidas experimentales de la amplitud de la señal fotoacústica, se determinaron los valores de efusividad térmica efectiva de muestras de silicio poroso crecidas sobre sustratos de silicio tipo–n (100) de diferentes valores de resistividad en el intervalo 1 –25 Ω cm. Las muestras se fabricaron a temperatura ambiente en un bano electrolítico formado por una mezcla de ácido fluorhídrico al 48 % y etanol absoluto en relación 1:1 en volumen, bajo condición potenciostática (20 V), con un tiempo de ataque de 2 minutos e iluminación trasera mediante un láser con longitud de onda de 808 nm. Los valores obtenidos de la efusividad térmica efectiva de las muestras porosas disminuyeron con respecto al correspondiente valor del silicio monocristalino, esta disminución puede ser atribuida a la restricción del camino libre medio de los fonones de la red en el silicio poroso.
Descriptores: Silicio poroso; fotoacústica; propiedades térmicas.
Abstract
The photoacoustic technique is a technique that studies the radiation–matter interaction through a well–known phenomenon as photoacoustic effect. In this work using a theoretical fitting of the photoacoustic signal amplitude the effective thermal effusivity of porous silicon samples was determined. The porous samples were obtained by means of photoelectrochemical etching of (100) n–type silicon wafers with different resistivity values, all in the range of 1 –25 Ω cm. The samples were formed at room temperature in an electrolytic bath composed by a mixture of hydrofluoric acid (48 %) and ethanol having a composition ratio of 1:1 in volume under potentiostatic condition (20 V) and an etching time of 2 minutes using back illumination provided by a laser beam with a wavelength of 808nm. The obtained values for the effective thermal effusivity of the porous samples diminished respect to the corresponding value of single–crystalline silicon, this decrease can be attributed to the restriction of the mean free path of phonons in the porous network.
Keywords: Porous silicon; photoacoustic; thermal properties.
]]> PACS: 81.70.Cv; 81.05.Rm; 44.30.+r
DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF
Agradecimientos
Este trabajo fue financiado parcialmente por COLCIENCIAS (Colombia), DINAIN–Universidad Nacional de Colombia (Colombia) y Proyecto Papiit 120809, UNAM; proyecto Conacyt 101332, México. Uno de los autores (A.G.) agradece el apoyo financiero de COLCIENCIAS (Colombia) (Programa Créditos Condonables para Doctorados Nacionales 2004) y Dirección Nacional de Investigación DINAIN–Universidad Nacional de Colombia (Colombia) (Contrapartida Programa Créditos Condonables para Doctorados Nacionales 2004) para realizar sus estudios doctorales.
Bibliografía
1. V. Torres–Costa, F. Agullo–Rueda, R.J. Martín–Palma y J.M. Martínez–Duart, Optical Materials 27 (2005) 1084. [ Links ]
]]>2. G. García Salgado, T. Díaz Becerril, H. Juarez Santiesteban y E. Rosendo Andrés, Optical Materials 29 (2006) 51. [ Links ]
3. S. McGinnis, P. Sines y B. Das, Electrochem. Solid–State Lett. 2(1999)468. [ Links ]
4. V. Lehmann, R. Stengl y A. Luigart, Mater. Sci. Eng. B 69 (2000)11. [ Links ]
5. G. Benedetto, L. Boarino y R. Spagnolo, Appl. Phys. A 64 (1997)155. [ Links ]
6. U. Bernini, P. Maddalena, E. Massera y A. Ramaglia, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 1 (1999)210. [ Links ]
]]>7. Ch. K. Sheng et al., Physica B 403 (2008) 2634. [ Links ]
8. L. Chrobak y M. Malinski, Solid State Commun. 149 (2009) 1600. [ Links ]
9. C. Vázquez–López, A. Calderón, M.E. Rodríguez, R. Colas y S. Valtierra, J. Mater. Res. 15 (2000) 85. [ Links ]
10. M.E. Rodríguez, P.J. Mendoza, A. Mandelis y L. Nicolaides, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 184 (2001) 421. [ Links ]
11. A.G. Bell, American Journal of Science 20 (1880) 305. [ Links ]
]]>12. W.R. Harshbarger y M.B. Robbin, Acc. Chem. Res. 6 (1973) 329. [ Links ]
13. A. Rosencwaig, Phys. Today 28 (1975) 23. [ Links ]
14. A. Rosencwaig y A. Gersho, Science 190 (1975) 556. [ Links ]
15. O. Zelaya–Angel, J.J. Alvarado–Gil, R. Lozada–Morales, H. Vargas y A. Ferreira da Silva, J. Appl. Phys. 64 (1994) 291. [ Links ]
16. O. Delgado–Vasallo et al., Meas. Sci. Technol. 11 (2000) 412. [ Links ]
]]>17. O. Vigil–Galán et al., J. Mater. Sci. 42 (2007) 7176. [ Links ]
18. T. Schmid, Anal. Bioanal. Chem. 384 (2006) 1071. [ Links ]
19. A.K. Rai, D. Mathur y J.P. Singh, Inst. Sci. & Tech. 29 (2001) 355. [ Links ]
20. F.L. Dumas, F.R. Marciano, L.V.F. Oliveira, P.R. Barja y D. Acosta–Avalos, Med. Eng. & Phys. 29 (2007) 980. [ Links ]
21. O.V Sidorov, A.M. Shcetininy S.V Sidorov, Fibre Chemistry 31 (1999)484. [ Links ]
]]>22. M.E. Rodríguez–García et al., Rev.Sci. Inst. 78 (2007) 034904. [ Links ]
23. A. Gutiérrez et al., Rev. Sci. Inst. 81 (2010) 013901. [ Links ]
24. A. Rosencwaig y A. Gersho, J. Appl. Phys. 47 (1976) 64. [ Links ]
25. A. Rosencwaig, Photoacoustics and photoacoustic spectros–copy (John Wiley and Sons, 1990). Chap. 9. [ Links ]
26. F.A. McDonald y G.C. Wetsel Jr., J. Appl. Phys. 49 (1978) 2313. [ Links ]
]]>27. D.F. Edwards, Handbook of Optical Constants of Solids (editado por E.D. Palik Academic, New York 1998) p. 552. [ Links ]
28. D.R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics 83rd Edition, (CRC Press 2003). [ Links ]
29. M.E. Rodriguez et al.,J. Electrochem. Soc. 147 (2000) 687. [ Links ]
30. M.V. Marquezini, N. Cella, A.M. Mansanares, H. Vargas y L.C.M. Miranda, Meas. Sci. Technol. 2 (1991) 396. [ Links ]
31. C.M. Bhandari y D.M. Rowe, Thermal conduction in semiconductors (John Wiley & Sons, New York, 1988) p.59. [ Links ]
]]>32. Q. Shen, T. Takahashi y T. Toyoda, Anal. Sci. 17 (2001) S281. [ Links ]
33. S. Abdalla et al.,Rev. Sci. Inst. 74 (2003) 848. [ Links ]
34. V Lehmann, Electrochemistry of silicon: Instrumentation, science, materials and applications (Wiley–VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2002) p.115. [ Links ]
]]>