Fysiker från Lomonosov Moscow State University har utarbetat en ny och mer miljövänlig metod för att få kisel nanotrådar som ersätter fluorvätesyra (HF) med ammoniumfluorid (NH) ₄ F).

Silikon nanotrådar är strömlinjeformade, parallella nanostrukturer som liknar trådar. Nanotrådens diameter varierar från 50 till 200 nm, och avståndet mellan strukturerna är från 100 till 500 nm. Nanotrådslängd, beroende på etsningstid, kan vara från 100 nm upp till tiotals mikron. Kisel nanotrådar har tillämpningar inom mikro- och optoelektronik, fotonik, PV, och sensorik, och biomedicin – kiselnanostrukturer är biologiskt nedbrytbara material, vilket innebär att de bryts ner inuti en organism efter en tid. Dessutom, i begränsade koncentrationer, nanostrukturer är giftfria. Dock, fluorvätesyra (HF), som används i en konventionell metod för att tillverka nanotrådar av kisel, är extremt giftig.

Nu, kisel nanotrådar kan tillverkas genom kemisk etsning av en kiselwafer, i en process genom vilken metallnanopartiklar (t.ex. silvernanopartiklar) aktiverar etsning.

Kirill Gonchar, en juniorforskare vid Lomonosov Moscow State University, beskriver processen:"Vi har använt en tvåstegsmetod för etsning. I det första steget, silvernanopartiklar avsattes på ytan av en kiselwafer. Denna avsättning producerade inte ett jämnt lager, utan snarare olika öregioner. I det andra skedet, kiselwafern etsades på platser täckta med silver. På grund av detta, det exponerade kislet förvandlades till nanotrådar när silvernanopartiklar föll ner i silikonarket. Och ju längre etsningsprocessen är, desto längre nanotrådar vid utgången. I slutet, silvret togs bort med hjälp av salpetersyra."

Forskare från Lomonosov Moscow State University har ersatt farlig och giftig fluorvätesyra med ammoniumfluorid i alla stadier av kemisk etsning. Dessutom, de har studerat optiska egenskaper hos kiselnanotrådar framställda med denna metod och jämfört dem med nanotrådar tillverkade på konventionellt sätt med fluorvätesyra.

Kirill Gonchar förklarar hur idén att använda ammoniumfluorid i syntes av nanotrådar uppstod:"Idén med ammoniumfluoridapplikation var inte ny, det lånades från experimentella metoder för att erhålla poröst kisel som ägde rum för 20 år sedan. Ammoniumfluorid användes också då, istället för fluorvätesyra. Det fanns liknande projekt där nanotrådar tillverkades i ammoniumfluorid, men det fanns ingen ersättning på alla etsningsstadier. Vi har studerat optiska egenskaper hos de nanotrådar vi fick och bevisat att de inte skiljer sig mycket från nanotrådar som erhållits med den konventionella metoden."

Silikon nanotrådar, framställd genom metallassisterad etsning, skulle kunna användas för att skapa nya fotoniska enheter och kiselbaserade sensorer. Kirill Gonchar säger att nanotrådar är lovande som sensoriska element i optiska sensorer för olika ämnen. Detta händer på grund av ökningen av Raman-effektens signalintensitet, som är ett "fingeravtryck" av ett ämne; det beror också på känslighet för närvaron av olika gaser, till exempel, syre.

Dessutom, strukturer som innehåller nanotrådar av kisel skulle kunna användas i antireflektionsbeläggningar för solceller. Medan vanligt kisel reflekterar cirka 30 procent av ljuset i det synliga området, kisel nanotrådar reflekterar cirka 2 procent.