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Mejora del rendimiento termoeléctrico: sustratos de silicio con Si poroso altamente dopado mediante grabado químico asistido por metal

Resumen

El silicio (Si) poroso es un material de baja conductividad térmica con alto potencial para dispositivos termoeléctricos. Sin embargo, el bajo rendimiento de salida del Si poroso obstaculiza el desarrollo del rendimiento termoeléctrico debido a su baja conductividad eléctrica. La gran resistencia de contacto del contacto no lineal entre el Si poroso y el metal es una de las razones de la reducción de la conductividad eléctrica. En este trabajo, se formaron Si poroso tipo p y n sobre sustrato de Si mediante grabado químico asistido por metal (MACE). Para disminuir la resistencia de contacto, se emplearon dopantes spin-on tipo p y n para dopar un elemento de impureza en la superficie del Si poroso tipo p y n, respectivamente. Comparado con el sustrato de Si con muestras porosas sin dopar, se puede obtener contacto óhmico, y la conductividad eléctrica del Si poroso tipo p y n dopado puede mejorarse a 1160 y 1390 S/m, respectivamente. Comparado con el sustrato de Si, las resistencias de contacto específicas para la capa de Si poroso tipo p y n dopado disminuyen a 1,35 y 1,16 mΩ/cm², respectivamente, al aumentar la concentración de portadores. Sin embargo, el aumento de la concentración de portadores induce el descenso del coeficiente Seebeck para sustratos de Si tipo p y n con Si poroso dopado a 491 y 480 µV/K, respectivamente. El factor de potencia está relacionado con el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica del material termoeléctrico, que es un factor vital que evalúa su rendimiento de salida. Por tanto, aunque los valores del coeficiente Seebeck de los sustratos de Si con Si poroso dopado disminuyen, la capa de Si poroso dopado puede mejorar el factor de potencia comparado con muestras sin dopar debido a la mejora de la conductividad eléctrica, lo que facilita su desarrollo para aplicación termoeléctrica.

Introducción

Actualmente, la conversión de energía termoeléctrica, que puede convertir calor residual en energía eléctrica, se considera una tecnología importante para aliviar la presión de la escasez energética aumentando la eficiencia de utilización de la energía [1]. Especialmente, diversas aplicaciones de sensores son altamente demandadas para la futura sociedad de comunicación de la información [2, 3]. Las tecnologías de microfabricación basadas en materiales termoeléctricos se han estudiado para realizar dispositivos termoeléctricos altamente eficientes y compactos [4,5,6]. El rendimiento termoeléctrico de los materiales termoeléctricos se evalúa por la figura de mérito ZT = σS²T/κ, donde σ es la conductividad eléctrica, S el coeficiente Seebeck, T la temperatura absoluta y κ la conductividad térmica [7]. El factor de potencia, σS², es la máxima potencia de salida generada por un material y por tanto se usa para estimar su rendimiento de salida.

Los materiales termoeléctricos comunes, como Bi₂Te₃ y Sb₂Te₃, contienen materiales raros y tóxicos, lo que dificulta la producción a gran escala. El Si se considera uno de los candidatos alternativos para aplicar a dispositivos termoeléctricos porque es abundante y ampliamente utilizado en la industria de semiconductores [8]. Sin embargo, el Si no es un material termoeléctrico ideal debido a su alta conductividad térmica (~ 150 W/mK) y bajo valor ZT (0,006) [9]. Recientemente, el Si nanoestructurado ha demostrado disminuir la conductividad térmica a 1,6 W/mK y luego mejorar el valor ZT a 0,6 a 300 K [10]. Generadores termoeléctricos basados en nanohilos de Si se han fabricado con éxito recientemente [11, 12]. Sin embargo, el rendimiento de esos generadores termoeléctricos sigue siendo bajo porque los arreglos de nanohilos de Si son difíciles de garantizar con diámetro uniforme y superficie lisa, que están fuertemente relacionados con el valor ZT.

El Si poroso, como una de las nanoestructuras de Si, se considera uno de los candidatos para materiales termoeléctricos desde trabajos teóricos y experimentales [13,14,15]. Sin embargo, el rendimiento de salida inadecuado del Si poroso limita su desarrollo de dispositivos termoeléctricos debido a su baja conductividad eléctrica. Muchos trabajos encontraron que el contacto eléctrico entre un metal y el Si poroso muestra comportamiento no lineal debido a la barrera de energía potencial entre el metal y el Si poroso [16, 17]. La razón es que los grandes estados superficiales en el Si poroso y el efecto de atrapamiento superficial causan el agotamiento de la concentración de portadores en la superficie del Si poroso [18]. Es un desafío para fabricar generadores termoeléctricos porque surge una gran pérdida parásita de la resistencia eléctrica en la interfaz [19]. Además, este aumento de la barrera también disminuye la conductividad eléctrica aparente del Si poroso a varios órdenes de magnitud comparado con la del Si masivo, resultando en bajo factor de potencia [20].

El dopaje de impurezas usando dopante spin-on (SOD) es un método de modificación superficial para aumentar la conductividad eléctrica aumentando la concentración de portadores en la superficie de Si. A diferencia de la implantación iónica, el dopaje de impurezas con SOD es un proceso menos dañino [21]. Algunos trabajos han indicado que un nanohilo de Si dopado con SOD exhibe alta conductividad eléctrica [22, 23]. Boor et al. encontraron que la conductividad eléctrica de una película de Si poroso formada por el método electroquímico puede mejorarse tras dopaje con SOD [24]. Sin embargo, la característica de contacto eléctrico del Si poroso dopado con SOD no se ha investigado en estudios previos y es un parámetro importante para dispositivos termoeléctricos. Además, la investigación del efecto del dopaje SOD en el rendimiento de salida del sustrato de Si con capa de Si poroso es rara. Diferente del método electroquímico, usamos grabado químico asistido por metal (MACE) para formar Si poroso. MACE es un método simple y de producción en masa que usa una técnica de grabado húmedo, que puede sintetizar nanoestructuras diversas incluyendo nanohilos de Si y Si poroso [25,26,27]. Además, puede formar nanoporos rectos a mayor velocidad de grabado que otros métodos.

En este estudio, sustratos de Si tipo p y n con capas de Si poroso se formaron por MACE, y se evaluaron el coeficiente Seebeck, la conductividad eléctrica y el contacto eléctrico en las capas de Si poroso dopadas con diferentes tipos de SOD. Primero, se investigó el coeficiente Seebeck de Si poroso tipo p y n formado por MACE y se evaluó la concentración de portadores de la capa dopada con SOD para verificar el efecto del dopaje. Luego, se midieron las conductividades eléctricas y características de contacto de sustratos de Si con capas de Si poroso dopadas usando características corriente-voltaje. Además, se evaluó el contacto eléctrico entre metal y capa de Si poroso dopada en términos de resistencia de contacto específica. Finalmente, se evaluaron y compararon los factores de potencia de sustratos de Si tipo p y n con capas de Si poroso dopadas con muestras sin dopar.

Métodos

Sustratos de Si orientados (100) tipo p (10,0 mΩ-cm) y tipo n (10,0 mΩ-cm) con tamaño de 2 × 2 cm² se limpiaron secuencialmente en acetona, etanol, agua desionizada y solución piraña (H₂SO₄:H₂O₂ en proporción de volumen 2:1). Luego, las capas de Si poroso tipo p y n se formaron sobre los sustratos de Si mediante proceso MACE de la siguiente manera. Primero, los sustratos de Si se sumergieron en una mezcla de 0,14 M HF y 5 × 10⁻⁴ M AgNO₃ durante 7 min a temperatura ambiente. En este procedimiento, NP de Ag, con diámetro de 80 a 180 nm, se depositaron en la superficie de Si, como se muestra en la Fig. 1. Luego, los sustratos de Si depositados con NP de Ag se sumergieron en una solución de grabado que contenía 25 ml de solución de HF al 49%, 10 ml de solución de H₂O₂ al 35% y 5 ml de agua desionizada en proporción de volumen 5:2:1 a temperatura ambiente. La reacción de grabado procede con procesos de anodización local eléctrica y eliminación de óxido. Las NP de Ag oxidan inmediatamente la superficie de Si en la interfaz por anodización local, y el óxido es grabado por HF en la solución. A medida que avanza el grabado, las NP de Ag penetran en el Si para un grabado adicional. Por tanto, se forma una capa de Si poroso. Se informa que la tasa de formación porosa para Si tipo p es más lenta que para Si tipo n [28]. El espesor del Si poroso se controla por el tiempo de grabado. En nuestros experimentos, el tiempo de grabado de Si tipo p se seleccionó en 2 min 40 s mientras que el de Si tipo n se procesó durante 2 min para obtener una película de Si poroso de ~20 µm. Finalmente, los sustratos de Si se limpiaron con ácido nítrico al 10% para eliminar las NP de Ag seguido de limpieza con agua desionizada. La porosidad de la capa de Si poroso se define como sigue:

Porosidad = (m₁ - m₂) / (p v) (1)

donde m₁ es la masa de la muestra inicial, m₂ es la masa de la muestra tras la formación de la capa de Si poroso, p, v es la densidad y volumen de la capa original de Si monocristalino grabado. Las morfologías de la película de Si poroso se observaron mediante microscopios electrónicos de emisión de campo (FE-SEM).

Mejora del rendimiento termoeléctrico: sustratos de silicio con Si poroso altamente dopado mediante grabado químico asistido por metal
Proceso de formación de sustrato de Si con capa de Si poroso usando grabado químico asistido por metal. a Sustrato de Si limpio. b Deposición de NP de Ag. c Grabado con solución HF. d Eliminación de NP de plata

La Fig. 2a, b muestra imágenes transversales de películas de Si poroso tipo p y n formadas por MACE. El espesor de las películas de Si poroso tipo p y n es aproximadamente 20 µm, ajustado por el tiempo de grabado. Los diámetros de poro promedio de las películas de Si poroso tipo p y n son 130 nm y 125 nm, respectivamente, y las porosidades de las películas de Si poroso tipo p y n son 35% y 31%, respectivamente.

Mejora del rendimiento termoeléctrico: sustratos de silicio con Si poroso altamente dopado mediante grabado químico asistido por metal
Microestructuras de capas de Si poroso para a tipo p y b tipo n

Las impurezas de boro o fósforo se doparon en la capa de Si poroso para formar capa de Si tipo p o n, respectivamente, usando SOD (Filmtronics Inc. USA). El SOD se recubrió en la superficie por centrifugado a 3000 rpm durante 30 s. Luego, la muestra se horneó a 110 °C durante 15 min para endurecer la película de SOD. Después, las muestras se colocaron en un horno de tubo de cuarzo y se recocieron a 1100 °C durante 3 h en ambiente de N₂ para difundir los átomos dopantes en el Si poroso. Finalmente, las muestras se sumergieron en solución de HF para eliminar SiO₂ y limpiar la superficie. Para validar el efecto del dopaje en la capa de Si poroso, la concentración de portadores de capas de Si poroso sin dopar y dopadas se midió mediante un sistema de medición de efecto Hall [17].

Dos patrones de electrodos metálicos se formaron por separado en la película de Si poroso y en el reverso del sustrato de Si para la medición del coeficiente Seebeck transversal de las muestras a temperatura ambiente, como se muestra en la Fig. 3a. La capa de Si poroso se formó en la mitad del área de la oblea de Si, y la parte restante de Si se grabó 30 µm en profundidad usando grabado reactivo de iones profundo (RIE). Luego, se depositó una película de SiO₂ de 1 µm de espesor en la superficie por deposición química de vapor de tetraetoxisilano (TEOS-CVD) para disminuir la pérdida de calor a la atmósfera ambiente. Se formaron dos ventanas de contacto cuadradas de 1 × 1 mm² en la película de SiO₂. Después, se formaron dos electrodos rectangulares Ti-Au de 1 × 2 mm² y 300 nm de espesor por evaporación de haz de electrones para almohadillas de contacto. Finalmente, dos elementos Peltier comerciales se contactaron con el sustrato de Si para crear gradiente de temperatura en dirección in-plane. Las temperaturas T₁ y T₂ en los dos electrodos se midieron por termopares y se obtuvo la diferencia de temperatura ΔT. El voltaje generado ΔV se midió con un electrómetro. El coeficiente Seebeck de la muestra se obtuvo de la ecuación:

S = - ΔV / ΔT (2)

Mejora del rendimiento termoeléctrico: sustratos de silicio con Si poroso altamente dopado mediante grabado químico asistido por metal
a Ilustración del dispositivo para la medición del coeficiente Seebeck; ilustración del dispositivo para la medición de la conductividad eléctrica y resistencia de contacto específica: b Sustrato de Si; c Sustrato de Si con capa de Si poroso

Las características corriente (I)-voltaje (V) se midieron para Si masivo tipo p, Si masivo tipo n y Si poroso dopado/sin dopar usando configuraciones de medición lateral y vertical, como se muestra en la Fig. 3b, c. Tres electrodos de Al de 200 nm de espesor ('1', '2', '3') con tamaño de 0,6 × 0,6 mm² se formaron en la cara superior de muestras de Si masivo y también un electrodo de Al ('4') se formó en el reverso, como se muestra en la Fig. 3b. Para hacer el contacto eléctrico, un cable de cobre se pegó en el electrodo '4' usando pasta de plata. Las distancias centro a centro entre electrodos de Al '12', '23', '13' fueron 0,2, 0,3, 0,56 cm, respectivamente. Las muestras de Si masivo se recocieron a 450 °C durante 30 min para confirmar el contacto óhmico entre Al y Si. Para medir la resistencia de contacto específica, se midieron las resistencias laterales entre tres electrodos usando una sonda de alta sensibilidad. Para medir la conductividad eléctrica vertical del sustrato de Si masivo, se midió la conductancia eléctrica entre electrodos de Al '2'-'4'. Para medir las propiedades eléctricas de las muestras de Si poroso con y sin dopaje, se depositó una capa de SiO₂ de 2 µm de espesor en la película de Si poroso por CVD de ortosilicato de tetraetilo (TEOS-CVD) para evitar daño mecánico a la capa de Si poroso por la sonda eléctrica. Tres ventanas de SiO₂ de 0,6 × 0,6 mm² se formaron grabando la capa de SiO₂ parcialmente usando HF tamponado para hacer contacto eléctrico. Luego, tres electrodos de Al de 1,0 × 0,6 mm² se formaron en la capa de SiO₂ junto con las ventanas de SiO₂, como se muestra en la Fig. 3c. Así, la sonda puede contactar físicamente con los electrodos de Al extendidos para hacer contacto eléctrico con la película de Si poroso.

Resultados y discusión

La Fig. 4 muestra el voltaje generado versus diferencia de temperatura en el sustrato de Si con muestras de Si poroso dopado y sin dopar. Los valores calculados del coeficiente Seebeck de diferentes muestras se muestran en la Tabla 1. El coeficiente Seebeck para Si masivo tipo p y n son 450 y 485 µV/K, respectivamente, y el coeficiente Seebeck para sustratos de Si tipo p y n con muestra de Si poroso sin dopar muestra valores más altos de 696 y 650 µV/K, respectivamente. La razón de la diferencia del coeficiente Seebeck se debe al efecto de filtrado de energía y efecto de dispersión superficial [29,30,31]. Tras el proceso de dopaje, el coeficiente Seebeck de sustratos de Si tipo p y n con muestras de Si poroso dopado disminuye a 491 y 480 µV/K debido al aumento de la concentración de portadores en las capas de Si poroso dopadas. Sin embargo, para toda la muestra de Si poroso dopado, la capa de Si poroso dopado es delgada y la parte restante de la capa de Si poroso sigue sin dopar. Por tanto, aunque la concentración de portadores de la capa de Si poroso dopado es mayor que la de Si masivo, el coeficiente Seebeck de toda la muestra de Si poroso dopado (capa de Si poroso dopado + capa de Si poroso sin dopar) es cercano a la de las muestras de Si masivo.

Mejora del rendimiento termoeléctrico: sustratos de silicio con Si poroso altamente dopado mediante grabado químico asistido por metal
Voltaje generado versus diferencia de temperatura en sustratos de Si con capas de Si poroso dopado y sin dopar tipo n y p

En general, el coeficiente Seebeck se compone de la parte de difusión de carga Sd y la parte de arrastre fonónico Sph. Como todas las muestras están altamente dopadas (~ 10¹⁸) y las mediciones se toman a temperatura ambiente, el valor Sph es mucho menor que Sd, resultando en S ≈ Sd [32]. Así, el coeficiente Seebeck también puede mostrarse como [33]:

S = (8π² k²B T) / (3q h²) m* (π / 3n)² (3)

donde kB es la constante de Boltzmann, h la constante de Planck, T la temperatura absoluta, m* la masa efectiva de estado, q la carga del electrón y n la concentración de portadores. Por tanto, la concentración de portadores n es un factor importante que determina el valor del coeficiente Seebeck.

Para entender mejor la relación entre la concentración de portadores y el coeficiente Seebeck, se midió la concentración de portadores de capas de Si poroso tipo p y n dopadas y sin dopar mediante medición Hall. La concentración de portadores de capas de Si poroso tipo p y n sin dopar se encontró en 1,3 × 10¹⁸ y 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³, respectivamente, mientras que la concentración de portadores de capas de Si poroso tipo p y n dopadas aumentó a 4,6 × 10¹⁹ y 2,3 × 10¹⁹ cm⁻³ tras dopaje SOD. Como referencia, la concentración de portadores de sustratos de Si tipo p y n son 2,3 × 10¹⁹ y 9,0 × 10¹⁸ cm⁻³, respectivamente. El coeficiente Seebeck de sustrato de Si con muestras de Si poroso dopado disminuye debido al aumento de la concentración de portadores causado por la capa de Si poroso dopada.

La Fig. 5a muestra las curvas I-V de capas de Si masivo tipo p y n a lo largo de la dirección del espesor de la oblea. Las resistencias totales de capas de Si masivo tipo p y n son 1,12 y 0,65 Ω, mientras que la resistencia interior estimada de Si masivo tipo p y n es solo 0,08 Ω en ambos casos; así, las resistencias totales de capas de Si masivo tipo p y n están determinadas principalmente por la resistencia de contacto. Como los sustratos de Si masivo tipo p y n están ambos altamente dopados (~ 10¹⁹), el contacto eléctrico entre la almohadilla de Al y el sustrato de Si sería contacto óhmico. Sin embargo, las características I-V de sustratos de Si tipo p y n con capas de Si poroso sin dopar exhiben una curva no lineal, como se muestra en la Fig. 5b. En este caso, definimos la conductividad eléctrica de estas muestras a partir del gradiente de la curva I-V a un voltaje particular de 1 V. Una de las razones de este comportamiento no lineal es que la relación superficie-volumen aumenta en nanoestructuras y se forman un gran número de estados de energía superficial en la superficie de capas de Si poroso sin dopar, por lo que la no linealidad es causada por el efecto de confinamiento cuántico [34]. A diferencia del Si masivo, los electrones requieren más energía para atravesar la interfaz Al-Si poroso, lo que aumenta la resistencia de contacto y disminuye la conductividad eléctrica total. Además, otros factores, como superficie hidrogenada metastable y óxido natural, afectan la característica eléctrica del Si poroso, lo que también puede contribuir a las grandes caídas de conductividad eléctrica [35, 36]. Tras el dopaje SOD, se obtiene contacto óhmico para sustratos de Si tipo p y n con Si poroso dopado, como muestra la curva I-V lineal en la Fig. 5a, y las conductividades eléctricas de sustratos de Si tipo p y n con capas de Si poroso dopado aumentan de 150 a 1160 y de 385 a 1390 S/m, respectivamente, como se muestra en la Tabla 1. El incremento de conductividad eléctrica resulta principalmente de la disminución de la resistencia de contacto porque el dopaje SOD afecta principalmente la superficie de Si poroso. Tras el dopaje SOD, se forman delgadas capas de Si poroso p+ o n+ sobre capas de Si poroso tipo p y n, respectivamente, y la concentración de portadores puede alcanzar aproximadamente 10¹⁹ cm⁻³. Por tanto, los electrones pueden tunelar a través de la interfaz entre Al y Si poroso dopado independientemente de la barrera de potencial [37].

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Características I-V evaluadas de los especímenes de prueba. a Tipo p y n de Si masivo y sustrato de Si con Si poroso dopado. b Tipo p y n de sustrato de Si con Si poroso sin dopar

Para evaluar la característica eléctrica de los especímenes de prueba, la resistencia de contacto específica se evalúa basándose en la teoría de medición de línea de transmisión (TLM), definida como resistencia de contacto por unidad de área [38]. En la teoría TLM, la resistencia total R puede calcularse por:

R = 2Rc + (ρi / A) L (4)

donde Rc es la resistencia de contacto, ρi la resistividad interior de la muestra, L la distancia entre dos electrodos y A el área transversal. La resistencia de contacto específica ρc puede definirse como ρc = Rc × A. Por tanto, la Ec. 4 puede convertirse multiplicando el área A en:

RA = 2ρc + ρi L (5)

Cuando el valor L se acerca a 0, R se convierte en el doble de la resistencia de contacto. Así, ρc puede estimarse a partir de la relación entre RA (resistencia total multiplicada por área transversal) y L, como se muestra en la Fig. 6. Así, la resistencia de contacto específica ρc puede obtenerse de la mitad del valor extrapolado en L = 0. Como las curvas I-V son no lineales, las resistencias de contacto específicas de Si poroso sin dopar no pueden medirse. Las resistencias de contacto específicas calculadas de Si poroso tipo p y n dopado fueron 1,35 y 1,16 mΩ-cm², respectivamente, mientras que Si masivo tipo p y n fue 1,88 y 1,25 mΩ-cm², respectivamente. Este resultado muestra que Si poroso tipo p y n dopado tuvo menor resistencia de contacto específica que Si masivo tipo p y n. Por tanto, comparado con sustrato de Si con Si poroso sin dopar, la menor resistencia de contacto entre Si poroso dopado y metal se atribuye a la mejora de la conductividad eléctrica del sustrato de Si con Si poroso dopado.

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Relación entre L y RA. a Tipo p de Si masivo y sustrato de Si con Si poroso dopado. b Tipo n de Si masivo y sustrato de Si con Si poroso dopado

La Tabla 1 muestra el factor de potencia de Si masivo tipo p y n y sustratos de Si con capas de Si poroso sin dopar y dopado. Aunque el coeficiente Seebeck de sustratos de Si tipo p y n con Si poroso disminuye vía dopaje SOD, el factor de potencia aumenta 4 veces a 280 µW/(m K²) para tipo p mientras que aumenta 2 veces a 320 µW/(m K²) para tipo n debido al aumento significativo de la conductividad eléctrica. En nuestra investigación previa, el valor ZT de sustratos de Si con Si poroso sin dopar puede aumentar 7,3 veces más que el de Si masivo original debido a mayor coeficiente Seebeck (670 µV/K) y menor conductividad térmica (3,8 W/mK) [20]. Sin embargo, la optimización adicional del valor ZT de sustratos de Si con Si poroso sin dopar se ve impedida por una conductividad eléctrica relativamente baja. La baja conductividad térmica puede preservarse en Si incluso dopando Si porque el transporte de calor está gobernado principalmente por fonones con camino libre medio mayor a 100 nm, y por tanto, la conductividad térmica se reduce principalmente por la nanoestructuración con Si poroso [39]. Además, el mejor valor ZT de material puede ser mayor a 0,1 a temperatura ambiente cuando la concentración de portadores varía entre 10¹⁹ y 10²¹ cm⁻³ basado en la ecuación de transporte de Boltzmann [40]. Por tanto, el valor ZT estimado de sustratos de Si con Si poroso dopado puede mejorarse a aproximadamente 0,1 vía dopaje SOD, que es 5 veces mayor que el de sustrato de Si con Si poroso sin dopar (0,02). Como consecuencia, se concluye que los sustratos de Si con Si poroso formado por MACE tras dopaje SOD aumentan la conductividad eléctrica y pueden mejorar el rendimiento termoeléctrico del Si poroso, lo que se espera emplear para aplicación termoeléctrica.

Conclusiones

El Si poroso se sintetizó en Si masivo tipo p y n altamente dopado usando grabado químico asistido por metal (MACE). El dopaje superficial usando dopante spin-on (SOD) se usó para mejorar las propiedades eléctricas de Si poroso tipo p y n. Comparado con sustratos de Si tipo p y n con Si poroso sin dopar (696 y 650 µV/K), el coeficiente Seebeck de sustratos de Si tipo p y n con Si poroso dopado disminuye a 491 y 480 µV/K debido al aumento de la concentración de portadores de la capa de Si poroso dopada. Comparado con la concentración de portadores de Si masivo tipo p y n (2,25 × 10¹⁹ y 9,03 × 10¹⁸ cm⁻³), la concentración de portadores de Si poroso tipo p y n sin dopar disminuye a 1,3 × 10¹⁸ y 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³ debido al efecto de confinamiento cuántico y mayor área superficial, mientras que la concentración de portadores de Si poroso tipo p y n dopado aumenta a 4,6 × 10¹⁹ y 2,29 × 10¹⁹ cm⁻³ tras dopaje SOD. Sin embargo, SOD solo puede usarse para dopar película delgada de Si poroso. Comparado con Si poroso tipo p y n sin dopar, Si poroso tipo p y n dopado aumentó la conductividad eléctrica de 150 a 1160 y de 385 a 1390 S/m debido a la disminución de la resistencia de contacto. Además, se puede obtener contacto óhmico en Si poroso tipo p y n dopado. La resistencia de contacto específica entre Si poroso y Al disminuye a 1,35 y 1,16 mΩ-cm², que es menor que la resistencia de contacto entre Si masivo y Al debido al aumento de la concentración de portadores. Aunque el coeficiente Seebeck disminuye, el factor de potencia de sustratos de Si tipo p y n con Si poroso dopado aumenta a 280 y 320 µW/(m·K²), respectivamente, debido a la mejora de la conductividad eléctrica. Por tanto, el sustrato de Si con Si poroso formado por MACE tras dopaje SOD aumenta la conductividad eléctrica y puede mejorar el rendimiento termoeléctrico del Si poroso, lo que se espera emplear para aplicación termoeléctrica.

Disponibilidad de datos y materiales

Los conjuntos de datos usados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente bajo petición razonable.

Abreviaturas

Si:
Silicio
MACE:
Grabado químico asistido por metal
SOD:
Dopante spin-on
FE-SEM:
Microscopios electrónicos de emisión de campo
RIE:
Grabado reactivo de iones profundo
TEOS-CVD:
Deposición química de vapor de tetraetoxisilano
TLM:
Medición de línea de transmisión

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