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Melhoria do Desempenho Termoelétrico: Substratos de Silício com Silício Poroso Altamente Dopado via Gravação Química Assistida por Metal

Resumo

O silício poroso (Si) é um material de baixa condutividade térmica, com alto potencial para dispositivos termoelétricos. No entanto, o baixo desempenho de saída do silício poroso dificulta o desenvolvimento do desempenho termoelétrico devido à sua baixa condutividade elétrica. A grande resistência de contato do contato não linear entre silício poroso e metal é uma das razões para a redução da condutividade elétrica. Neste artigo, silício poroso do tipo p e n foram formados em substrato de Si por gravação química assistida por metal. Para diminuir a resistência de contato, dopantes p- e n-tipo "spin-on" são empregados para dopar um elemento de impureza na superfície do silício poroso p- e n-tipo, respectivamente. Comparado ao substrato de Si com amostras porosas não dopadas, contato ôhmico pode ser obtido, e a condutividade elétrica do silício poroso p- e n-tipo dopado pode ser melhorada para 1160 e 1390 S/m, respectivamente. Comparado com o substrato de Si, as resistências de contato específicas para as camadas de silício poroso p- e n-tipo dopadas diminuem para 1,35 e 1,16 mΩ/cm2, respectivamente, pelo aumento da concentração de portadores. No entanto, o aumento da concentração de portadores induz o declínio do coeficiente Seebeck para substratos de Si p- e n-tipo com amostras de silício poroso dopado para 491 e 480 μV/K, respectivamente. O fator de potência está relacionado ao coeficiente Seebeck e à condutividade elétrica do material termoelétrico, sendo um fator vital que avalia seu desempenho de saída. Portanto, embora os valores do coeficiente Seebeck dos substratos de Si com amostras de silício poroso dopado diminuam, a camada de silício poroso dopado pode melhorar o fator de potência comparado a amostras não dopadas devido ao aumento da condutividade elétrica, o que facilita seu desenvolvimento para aplicação termoelétrica.

Introdução

Atualmente, a conversão de energia termoelétrica, que pode converter calor desperdiçado em energia elétrica, é considerada uma tecnologia importante para aliviar a pressão da escassez de energia aumentando a eficiência de utilização de energia [1]. Especialmente, várias aplicações de sensores são altamente demandadas para a futura sociedade de comunicação da informação [2, 3]. Tecnologias de microfabricação baseadas em materiais termoelétricos têm sido estudadas para realizar dispositivos termoelétricos altamente eficientes e compactos [4,5,6]. O desempenho termoelétrico de materiais termoelétricos é avaliado pela figura de mérito ZT = σS2T/κ, onde σ é a condutividade elétrica, S coeficiente Seebeck, T temperatura absoluta e κ condutividade térmica [7]. O fator de potência, σS2, é a potência máxima de saída gerada de um material e, portanto, é usado para estimar seu desempenho de saída.

Materiais termoelétricos comuns, como Bi2Te3 e Sb2Te3, contêm materiais raros e tóxicos, o que dificulta a produção em larga escala. O Si é considerado um dos candidatos alternativos para aplicar em dispositivos termoelétricos porque é abundante e amplamente usado na indústria de semicondutores [8]. No entanto, o Si não é um material termoelétrico ideal devido à sua alta condutividade térmica (~ 150 W/mK) e baixo valor ZT (0,006) [9]. Recentemente, Si nanoestruturado foi comprovado por diminuir a condutividade térmica para 1,6 W/mK e então melhorar o valor ZT para 0,6 a 300 K [10]. Geradores termoelétricos baseados em nanofios de Si foram fabricados com sucesso recentemente [11, 12]. No entanto, o desempenho desses geradores termoelétricos ainda é baixo porque os arrays de nanofios de Si são difíceis de garantir diâmetro uniforme e superfície lisa, que estão fortemente relacionados ao valor ZT.

O silício poroso, como uma das nanoestruturas de Si, é considerado um dos candidatos para materiais termoelétricos a partir de trabalhos teóricos e experimentais [13,14,15]. No entanto, o desempenho de saída inadequado do silício poroso limita seu desenvolvimento de dispositivos termoelétricos devido à sua baixa condutividade elétrica. Muitos trabalhos descobriram que o contato elétrico entre um metal e o silício poroso mostra comportamento não linear devido à barreira de energia potencial entre metal e silício poroso [16, 17]. A razão é que os grandes estados de superfície no silício poroso e o efeito de aprisionamento de superfície causam o esgotamento da concentração de portadores na superfície do silício poroso [18]. É um desafio para a fabricação de geradores termoelétricos porque uma grande perda parasita surge da resistência elétrica na interface [19]. Além disso, esse aumento da barreira também diminui a condutividade elétrica aparente do silício poroso para várias ordens de magnitude comparado à do Si em massa, resultando em baixo fator de potência [20].

Dopagem de impureza usando dopante "spin-on" (SOD) é um método de modificação de superfície para aumentar a condutividade elétrica pelo aumento da concentração de portadores na superfície do Si. Diferente da implantação iônica, a dopagem de impureza com SOD é um processo com menos danos [21]. Alguns trabalhos indicaram que um nanofio de Si dopado por SOD exibe alta condutividade elétrica [22, 23]. Boor et al. descobriram que a condutividade elétrica de um filme de silício poroso formado pelo método eletroquímico pode ser aprimorada após dopagem com SOD [24]. No entanto, a característica de contato elétrico do silício poroso dopado com SOD não foi investigada em estudos anteriores e é um parâmetro importante para dispositivos termoelétricos. Além disso, a investigação do efeito da dopagem SOD no desempenho de saída do substrato de Si com camada de silício poroso é rara. Diferente do método eletroquímico, usamos gravação química assistida por metal (MACE) para formar silício poroso. MACE é um método simples e produzível em massa usando técnica de gravação úmida, que pode sintetizar nanoestruturas diversas incluindo nanofios de Si e silício poroso [25,26,27]. Além disso, pode formar nanoporos retos em taxa de gravação mais rápida que a de outros métodos.

Neste estudo, substratos de Si do tipo p- e n-tipo com camadas de silício poroso foram formados por MACE, e o coeficiente Seebeck, condutividade elétrica e contato elétrico foram avaliados nas camadas de silício poroso dopadas com diferentes tipos de SOD. Primeiro, o coeficiente Seebeck de silício poroso p- e n-tipo formado por MACE foi investigado e a concentração de portadores da camada dopada com SOD foi avaliada para verificar o efeito da dopagem. Então, as condutividades elétricas e características de contato dos substratos de Si com camadas de silício poroso dopadas foram medidas usando características corrente-tensão. Além disso, o contato elétrico entre metal e camada de silício poroso dopado foi avaliado em termos de resistência de contato específica. Finalmente, os fatores de potência dos substratos de Si p- e n-tipo com camadas de silício poroso dopadas foram avaliados e comparados com amostras não dopadas.

Métodos

Substratos de Si orientados (100) do tipo p-tipo (10,0 mΩ-cm) e n-tipo (10,0 mΩ-cm) com tamanho de 2 × 2 cm2 foram limpos sequencialmente em acetona, etanol, água deionizada e solução piranha (H2SO4:H2O2 na proporção de volume 2:1). Então, as camadas de silício poroso p- e n-tipo foram formadas nos substratos de Si pelo processo MACE da seguinte forma. Primeiro, substratos de Si foram imersos em uma mistura de soluções 0,14 M HF e 5 × 10–4 M AgNO3 por 7 min à temperatura ambiente. Neste procedimento, nanopartículas de Ag, com diâmetro variando de 80 a 180 nm, foram depositadas na superfície do Si, como mostrado na Fig. 1. Em seguida, substratos de Si depositados com nanopartículas de Ag foram imersos em uma solução de gravação contendo 25 ml de solução de HF 49%, 10 ml de solução de H2O2 35% e 5 ml de água deionizada na proporção de volume 5:2:1 à temperatura ambiente. A reação de gravação prossegue com processos de anodização local elétrica e remoção de óxido. As nanopartículas de Ag oxidam imediatamente a superfície do Si na interface por anodização local, e o óxido é gravado pelo HF na solução. À medida que a gravação prossegue, as nanopartículas de Ag penetram no Si para gravação adicional. Portanto, uma camada de silício poroso é formada. Relata-se que a taxa de formação porosa para Si p-tipo é mais lenta que para Si n-tipo [28]. A espessura do silício poroso é controlada pelo tempo de gravação. Em nossos experimentos, o tempo de gravação do Si p-tipo foi selecionado como 2 min 40 s enquanto o do Si n-tipo foi processado por 2 min para obter filme de silício poroso de aproximadamente 20 μm. Finalmente, os substratos de Si foram limpos por ácido nítrico 10% para remover as nanopartículas de Ag seguido por limpeza com água deionizada. A porosidade da camada de silício poroso é definida da seguinte forma,

$${\rm{Porosidade}} = \frac{{m_{1} - m_{2} }}{pv}$$ (1)

onde m1 é a massa da amostra inicial, m2 é a massa da amostra após formação da camada de silício poroso, p, v é a densidade e volume da camada original de Si monocristalino gravado. As morfologias do filme de silício poroso foram observadas por microscópios eletrônicos de varredura de emissão de campo (FE-SEM).

Melhoria do Desempenho Termoelétrico: Substratos de Silício com Silício Poroso Altamente Dopado via Gravação Química Assistida por Metal
Processo de formação de substrato de Si com camada de silício poroso usando gravação química assistida por metal. a Substrato de Si limpo. b Deposição de nanopartículas de Ag. c Gravação com solução de HF. d Remoção de nanopartículas de prata

A Figura 2a, b mostra as imagens de seção transversal de filmes de silício poroso p- e n-tipo formados por MACE. A espessura dos filmes de silício poroso p- e n-tipo é de aproximadamente 20 μm, ajustada pelo tempo de gravação. Os diâmetros médios dos poros dos filmes de silício poroso p- e n-tipo são 130 nm e 125 nm, respectivamente, e as porosidades dos filmes de silício poroso p- e n-tipo são 35% e 31%, respectivamente.

Melhoria do Desempenho Termoelétrico: Substratos de Silício com Silício Poroso Altamente Dopado via Gravação Química Assistida por Metal
Microestruturas de camadas de silício poroso para a p-tipo e b n-tipo

As impurezas de boro ou fósforo foram dopadas na camada de silício poroso para formar camada de Si p-tipo ou n-tipo, respectivamente, usando SOD (Filmtronics Inc. USA). SOD foi revestido na superfície por revestimento por rotação a 3000 rpm por 30 s. Em seguida, a amostra foi assada a 110 °C por 15 min para endurecer o filme de SOD. Depois, as amostras foram colocadas em um forno de tubo de quartzo e recozidas a 1100 °C por 3 h em ambiente de N2 para difundir os átomos dopantes no silício poroso. Finalmente, as amostras foram imersas em solução de HF para remover SiO2 e limpar a superfície. Para validar o efeito da dopagem na camada de silício poroso, a concentração de portadores das camadas de silício poroso não dopadas e dopadas foi medida por um sistema de medição de efeito Hall [17].

Dois padrões de eletrodos metálicos foram formados separadamente no filme de silício poroso e no verso do substrato de Si para a medição do coeficiente Seebeck transversal das amostras à temperatura ambiente, como mostrado na Fig. 3a. A camada de silício poroso foi formada na metade da área da wafer de Si, e a parte restante de Si foi gravada a 30 μm de profundidade usando gravação reativa profunda (RIE). Então, filme de SiO2 de 1 μm de espessura foi depositado na superfície por deposição química de vapor de tetraetoxissilano (TEOS-CVD) para diminuir a perda de calor para a atmosfera ambiente. Duas janelas de contato quadradas de 1 × 1 mm2 foram formadas no filme de SiO2. Depois disso, dois eletrodos retangulares Ti-Au de 1 × 2 mm2 e 300 nm de espessura foram formados por evaporação de feixe de elétrons para pads de contato. Finalmente, dois elementos Peltier comerciais foram contatados com o substrato de Si para criar gradiente de temperatura na direção no plano. As temperaturas T1 e T2 em dois eletrodos foram medidas por termopares e a diferença de temperatura ΔT foi obtida. A tensão gerada ΔV foi medida por um eletrometro. O coeficiente Seebeck da amostra foi obtido da equação abaixo:

$$S = - \frac{\Delta V}{{\Delta T}}$$ (2)
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a Ilustração do dispositivo para medição do coeficiente Seebeck; ilustração do dispositivo para medição de condutividade elétrica e resistência de contato específica: b Substrato de Si; c Substrato de Si com camada de silício poroso

As características de corrente (I)–tensão (V) foram medidas para Si em massa p-tipo, Si em massa n-tipo, e silício poroso dopado/não dopado usando configurações de medição lateral e vertical, como mostrado na Fig. 3b, c. Três eletrodos de Al de 200 nm de espessura ('1,' '2,' '3') com tamanho de 0,6 × 0,6 mm2 foram formados no lado superior das amostras de Si em massa e também um eletrodo de Al ('4') foi formado no lado posterior, como mostrado na Fig. 3b. Para fazer o contato elétrico, um fio de cobre foi colado no eletrodo '4' usando pasta de prata. A distância centro a centro entre eletrodos de Al '12,' '23,' '13' foram 0,2, 0,3, 0,56 cm, respectivamente. As amostras de Si em massa foram recozidas a 450 ℃ por 30 min para confirmar o contato ôhmico entre Al e Si. Para medir resistência de contato específica, as resistências laterais entre três eletrodos foram medidas usando uma sonda de alta sensibilidade. Para medir condutividade elétrica vertical do substrato de Si em massa, a condutância elétrica entre eletrodos de Al '2'–'4' foi medida. Para medir as propriedades elétricas das amostras de silício poroso com e sem dopagem, uma camada de SiO2 de 2 μm de espessura foi depositada no filme de silício poroso por CVD de ortossilicato de tetraetila (TEOS-CVD) para evitar dano mecânico à camada de silício poroso da sonda elétrica. Três janelas de SiO2 de 0,6 × 0,6 mm2 foram formadas gravando a camada de SiO2 parcialmente usando HF bufferizado para fazer contato elétrico. Então, três eletrodos de Al de 1,0 × 0,6 mm2 foram formados na camada de SiO2 junto com as janelas de SiO2, como mostrado na Fig. 3c. Assim, a sonda pode contatar fisicamente os eletrodos de Al estendidos para fazer contato elétrico com o filme de silício poroso.

Resultados e Discussão

A Figura 4 mostra a tensão gerada versus diferença de temperatura no substrato de Si com amostras de silício poroso dopadas e não dopadas. Os valores calculados do coeficiente Seebeck de diferentes amostras são mostrados na Tabela 1. O coeficiente Seebeck para Si em massa do tipo p e n são 450 e 485 μV/K, respectivamente, e o coeficiente Seebeck para substratos de Si p e n-tipo com amostra de silício poroso não dopado mostra valores mais altos de 696 e 650 μV/K, respectivamente. A razão da diferença do coeficiente Seebeck é devido ao efeito de filtro de energia e efeito de espalhamento de superfície [29,30,31]. Após o processo de dopagem, o coeficiente Seebeck de substratos de Si p e n tipo com amostras de silício poroso dopado diminui para 491 e 480 μV/K devido ao aumento da concentração de portadores nas camadas de silício poroso dopadas. No entanto, para toda a amostra de silício poroso dopado, a camada de silício poroso dopado é fina e a parte restante da camada de silício poroso ainda é não dopada. Portanto, embora a concentração de portadores da camada de silício poroso dopado seja maior que a do Si em massa, o coeficiente Seebeck de toda a amostra de silício poroso dopado (camada de silício poroso dopado + camada de silício poroso não dopado) é próximo à das amostras de Si em massa.

Melhoria do Desempenho Termoelétrico: Substratos de Silício com Silício Poroso Altamente Dopado via Gravação Química Assistida por Metal
Tensão gerada versus diferença de temperatura em substratos de Si com camadas de silício poroso dopadas e não dopadas do tipo n e p

Em geral, o coeficiente Seebeck é composto pela parte de difusão de carga Sd e parte de arrasto fônico Sph. Como todas as amostras são altamente dopadas (~ 1018) e as medições são feitas à temperatura ambiente, o valor Sph é muito menor que Sd, resultando em S ≈ Sd [32]. Assim, o coeficiente Seebeck também pode ser mostrado como a seguir [33],

$$S = \frac{{8\pi^{2} k_{{\rm{B}}}^{2} T}}{{3qh^{2} }}m^{*} \left( {\frac{\pi }{3n}} \right)^{2}$$ (3)

onde kB é a constante de Boltzmann, h é a constante de Planck, T é a temperatura absoluta, m* é a massa efetiva de estado, q é a carga do elétron e n é a concentração de portadores. Portanto, a concentração de portadores n é um fator importante que determina o valor do coeficiente Seebeck.

Para melhor entender a relação entre a concentração de portadores e o coeficiente Seebeck, a concentração de portadores das camadas de silício poroso p e n-tipo dopadas e não dopadas foi medida por medição Hall. A concentração de portadores das camadas de silício poroso p e n-tipo não dopadas são 1,3 × 1018 e 1,35 × 1018 cm−3, respectivamente, enquanto a concentração de portadores das camadas de silício poroso p- e n-tipo dopadas aumentam para 4,6 × 1019 e 2,3 × 1019 cm−3 após dopagem SOD. Como referência, a concentração de portadores de substratos de Si p- e n-tipo são 2,3 × 1019 e 9,0 × 1018 cm−3, respectivamente. O coeficiente Seebeck de substrato de Si com amostras de silício poroso dopado diminui devido ao aumento da concentração de portadores causado pela camada de silício poroso dopado.

A Figura 5a mostra as curvas I–V de camadas de Si em massa p- e n-tipo na direção da espessura da wafer. As resistências totais de camadas de Si em massa p- e n-tipo são 1,12 e 0,65 Ω enquanto a resistência interna estimada de Si em massa p- e n-tipo é ambas apenas 0,08 Ω; assim, as resistências totais de camadas de Si em massa p- e n-tipo são principalmente determinadas pela resistência de contato. Como substratos de Si em massa p- e n-tipo são ambos altamente dopados (~ 1019), o contato elétrico entre o pad de Al e substrato de Si seria contato ôhmico. No entanto, as características I–V de substratos de Si p- e n-tipo com camadas de silício poroso não dopadas exibem curva não linear, como mostrado na Fig. 5b. Neste caso, definimos a condutividade elétrica dessas amostras a partir do gradiente da curva I–V em tensão particular de 1 V. Uma das razões para esse comportamento não linear é que a razão superfície/volume aumenta em nanoestruturas e um grande número de estados de energia de superfície são formados na superfície de camadas de silício poroso não dopadas, assim a não linearidade é causada pelo efeito de confinamento quântico [34]. Diferente do Si em massa, os elétrons precisam ter mais energia para atravessar a interface Al-silício poroso, o que aumenta a resistência de contato e diminui a condutividade elétrica total. Além disso, outros fatores, como superfície hidrogenada metastável e óxido natural, têm efeito na característica elétrica do silício poroso, que também podem contribuir para as enormes quedas de condutividade elétrica [35, 36]. Após a dopagem SOD, contato ôhmico é obtido para substratos de Si p- e n-tipo com silício poroso dopado, como a curva I–V linear mostrada na Fig. 5a, e as condutividades elétricas de substratos de Si p-tipo e n-tipo com camadas de silício poroso dopadas aumentam de 150 para 1160 e 385 para 1390 S/m, respectivamente, como mostrado na Tabela 1. O aumento da condutividade elétrica resulta principalmente da diminuição da resistência de contato porque a dopagem SOD afeta principalmente a superfície do silício poroso. Após a dopagem SOD, finas camadas de silício poroso p+ ou n+ são formadas nas camadas de silício poroso p- e n-tipo, respectivamente, e a concentração de portadores pode chegar a aproximadamente 1019 cm−3. Portanto, os elétrons podem tunelar através da interface entre Al e silício poroso dopado independentemente da barreira de potencial [37].

Melhoria do Desempenho Termoelétrico: Substratos de Silício com Silício Poroso Altamente Dopado via Gravação Química Assistida por Metal
Características I–V avaliadas dos espécimes de teste. a p- e n-tipo Si em massa e substrato de Si com silício poroso dopado. b p- e n-tipo substrato de Si com silício poroso não dopado

Para avaliar a característica elétrica dos espécimes de teste, a resistência de contato específica é avaliada com base na teoria de medição de linha de transmissão (TLM), definida como resistência de contato por unidade de área [38]. Na teoria TLM, a resistência total R pode ser calculada por,

$$R = 2R_{{\rm{c}}} + \frac{{p_{i} }}{A}L$$ (4)

onde Rc é a resistência de contato, pi a resistividade interior da amostra, L o espaço entre dois eletrodos e A a área da seção transversal. A resistência de contato específica pc pode ser definida como pc = Rc × A. Portanto, a Eq. 4 pode ser convertida multiplicando a área A em,

$$RA = 2p_{c} + p_{i} L$$ (5)

Quando o valor L se aproxima de 0, R se torna o dobro da resistência de contato. Assim, pc pode ser estimado da relação entre RA (resistência total multiplicada pela área da seção transversal) e L, como mostrado na Fig. 6. Assim, a resistência de contato específica pc pode ser obtida da metade do valor extrapolado em L = 0. Como as curvas I–V são não lineares, as resistências de contato específicas de silício poroso não dopado não podem ser medidas. As resistências de contato específicas calculadas de silício poroso p- e n-tipo dopado foram 1,35 e 1,16 mΩ-cm2, respectivamente, enquanto p- e n-tipo Si em massa foram 1,88 e 1,25 mΩ-cm2, respectivamente. Este resultado mostra que p- e n-tipo silício poroso dopado tiveram menor resistência de contato específica que p- e n-tipo Si em massa. Portanto, comparado com substrato de Si com silício poroso não dopado, menor resistência de contato entre silício poroso dopado e metal é atribuída ao aumento da condutividade elétrica do substrato de Si com silício poroso dopado.

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Relação entre L e RA. a p-tipo Si em massa e substrato de Si com silício poroso dopado. b n-tipo Si em massa e substrato de Si com silício poroso dopado

A Tabela 1 mostra o fator de potência de p- e n-tipo Si em massa e substratos de Si com camadas de silício poroso não dopadas e dopadas. Embora o coeficiente Seebeck de p- e n-tipo substratos de Si com silício poroso ambos diminuam via dopagem SOD, o fator de potência aumenta 4 vezes para 280 μW/(m K2) para p-tipo enquanto aumenta 2 vezes para 320 μW/(m K2) para n-tipo devido ao aumento significativo da condutividade elétrica. Em nossa pesquisa anterior, o valor ZT de substratos de Si com silício poroso não dopado pode aumentar 7,3 vezes maior que o do Si em massa original devido ao maior coeficiente Seebeck (670 μV/K) e menor condutividade térmica (3,8 W/mK) [20]. No entanto, a otimização adicional do valor ZT de substratos de Si com silício poroso não dopado é impedida pela condutividade elétrica relativamente baixa. A baixa condutividade térmica pode preservar o Si mesmo por dopagem do Si porque o transporte de calor é governado principalmente por fônons com caminho livre médio superior a 100 nm, e assim a condutividade térmica é principalmente reduzida pela nanoestruturação com silício poroso [39]. Além disso, o melhor valor ZT do material pode ser superior a 0,1 à temperatura ambiente quando a concentração de portadores varia de 1019 a 1021 cm−3 baseado na equação de transporte de Boltzmann [40]. Portanto, o valor ZT estimado de substratos de Si com silício poroso dopado pode ser melhorado para aproximadamente 0,1 via dopagem SOD, que é 5 vezes maior que o do substrato de Si com silício poroso não dopado (0,02). Como consequência, substrato de Si com silício poroso formado por MACE após dopagem SOD aumenta a condutividade elétrica e pode melhorar o desempenho termoelétrico do silício poroso, o que é esperado para emprego em aplicação termoelétrica.

Conclusões

Silício poroso foi sintetizado em Si em massa p- e n-tipo altamente dopados usando gravação química assistida por metal (MACE). Dopagem de superfície usando dopante "spin-on" (SOD) foi usada para melhorar as propriedades elétricas de silício poroso p- e n-tipo. Comparado aos substratos de Si p- e n-tipo com silício poroso não dopado (696 e 650 μV/K), o coeficiente Seebeck dos substratos de Si p- e n-tipo com silício poroso dopado diminui para 491 e 480 μV/K devido ao aumento da concentração de portadores da camada de silício poroso dopado. Comparado com a concentração de portadores de Si em massa p- e n-tipo (2,25 × 1019 e 9,03 × 1018 cm−3), a concentração de portadores de silício poroso p- e n-tipo não dopado diminui para 1,3 × 1018 e 1,35 × 1018 cm−3 devido ao efeito de confinamento quântico e maior área de superfície, enquanto a concentração de portadores de silício poroso p- e n-tipo dopado aumenta para 4,6 × 1019 e 2,29 × 1019 cm−3 após dopagem SOD. No entanto, SOD só pode ser usado para dopar filme fino de silício poroso. Comparado com silício poroso p- e n-tipo não dopado, silício poroso p- e n-tipo dopado aumentou a condutividade elétrica de 150 para 1160 e 385 para 1390 S/m devido à diminuição da resistência de contato. Além disso, contato ôhmico pode ser obtido em silício poroso p- e n-tipo dopado. A resistência de contato específica entre silício poroso e Al diminui para 1,35 e 1,16 mΩ-cm2, que é menor que a resistência de contato entre Si em massa e Al devido ao aumento da concentração de portadores. Embora o coeficiente Seebeck diminua, o fator de potência de substratos de Si p- e n-tipo com silício poroso dopado aumenta para 280 e 320 μW/(m·K2), respectivamente, devido ao aumento da condutividade elétrica. Portanto, substrato de Si com silício poroso formado por MACE após dopagem SOD aumenta a condutividade elétrica e pode melhorar o desempenho termoelétrico do silício poroso, o que é esperado para ser empregado em aplicação termoelétrica.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Os conjuntos de dados usados e/ou analisados durante o estudo atual estão disponíveis do autor correspondente mediante solicitação razoável.

Abreviações

Si:
Silício
MACE:
Gravação química assistida por metal
SOD:
Dopante "spin-on"
FE-SEM:
Microscópios eletrônicos de varredura de emissão de campo
RIE:
Gravação reativa profunda
TEOS-CVD:
Deposição química de vapor de tetraetoxissilano
TLM:
Medição de linha de transmissão

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