多孔硅含能材料阵列的制备与测试(2)
4.1.2 测试流程与结果 20
4.1.3 测试结果分析 24
4.2 电点火实验 24
4.2.1 实验装置 24
4.2.2 测试结果 25
4.2.3 实验总结 26
5 结论与展望 27
致 谢 28
参考文献 291 绪论
1.1 研究背景
多孔硅(Porous Si)是一种具有纳米级多孔结构的材料，材料表面有海绵状的多孔腔体，一般通过单晶体硅在氢氟酸和乙醇混合配比的溶液下通过阳极氧化来制取。这种具有特殊性能的材料自诞生以来被人们广泛研究。对多孔硅的研究最早要追溯到20世纪60年代：1956年，Uhlir[1]在研究硅片的电化学抛光时发现多孔硅并报道，但是并没对其做详细总结。随后，1985年，D.Tumer比较详尽地论述了这种物质的表面形态、形成方法和特性[2]。但是最初人们对多孔硅的认识也只局限于绝缘性和易氧化的特点，1980-1990年这段时间，出现了几种绝缘层上硅（Silicon On Insulator，SOI）衬底技术：区域熔融再结晶法（zone-melting recrystallization ,ZMR）、多孔硅全隔离法（full isolation by porous silicon , FI-POS）、外延横向覆盖生长法（epitaxial later over-growth , ELO）[3]。其中第三种SOI制备技术依然用于制作三文器件结构。
1990年，canham发现了室温下介孔尺寸多孔硅强烈光致发光现象，从而引发了多孔硅材料的研究热潮[4]。由此，多孔硅的独特性能为人们所认识，多孔硅室温下高效、多色的光致、电致发光的特点，使其在显示技术和超高速处理技术中的应用有很大潜力。利用多孔硅的光学性能，可以制作出光-电、电-光转换器件，应用于卫星的太阳能板及环境传感器等多种设备；用多孔硅制成的发光二极管和激光器可用在数字电路中，用光子代替电子传输信号，使得运算速度大大提高；多孔硅还可以做成光敏、湿敏、气敏元件。此外，多孔硅还可以应用在医学领域：现在已制成一种混杂硅芯片，包含单晶硅层、多孔硅层和羟基磷灰石层，具有生物相容性，它用羟基磷灰石层附于多孔硅之上，作为单晶硅和生物体之间的桥梁，克服了单晶硅不具有生物相容性的缺点，使生物体能容纳而且能传递信息给硅元件。
多孔硅的诸多性质，还为其在含能领域的性能发掘提供了可能。1992年美国的A.J.Bard[5]首次报道了多孔硅的爆炸反应。他在无意间将硝酸滴落到多孔硅的表面时发生了剧烈的爆炸反应。德国的Kovalev[6]发现在冰点以下，氢化的多孔硅和氧可以发生爆炸反应。科林贝克尔等人通过在多孔硅内注入高氯酸钠氧化剂进行片上反应，测试出多孔硅在含能反应方面具有优越的性质。并且多孔硅的组成、孔隙率、孔径大小、深度和比表面积都对反应的速率有影响[7]。我国研究人员发现用n型单晶硅片电化学制备多孔硅能够与高氯酸钠形成可发生爆炸的复合材料，其思路是可行的[8]。
现在，人们在多孔硅的基础性研究方面已经做了大量的工作，并逐渐延伸到各个领域，多孔硅在含能材料领域的研究也正向成熟和深入的方向发展，探究多孔硅小型化模块化制备方法，寻求能量最优利用途径，结合MEMS将含能器件封装应用到更广泛的角落，将是未来多孔硅在含能领域的亮点。
1.2 多孔硅制备方法概述
1.2.1原电池法（电偶腐蚀法）
用原电池法[9]制备多孔硅，首先要在硅片的一个表面上沉积一层贵金属薄膜。利用贵金属与硅在电解液中电动势不同形成原电池，金属为阳极，硅为阴极。由于硅的原电动势比沉积在其表面的金属低，进而产生从金属流向硅片表面的电流，导致硅片中的正电荷(即空穴)在电场作用下转移到硅片没有金属膜层的另一表面，并与电解液发生电化学反应，从而使硅原子从硅基体上脱落，形成多孔硅。在相同时间条件下，随着铂膜电极厚度的增大，得到的多孔硅层的厚度也会增大，采用掩膜使铂膜电极与暴露硅片面积成不同比例也可以改变所得多孔硅层的厚度。采用原电池法生成多孔硅的反应装置如图1.1：
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