Meningkatkan Performa Termoelektrik: Substrat Silikon dengan Si Porous Terdoping Tinggi melalui Pewcatan Kimia Bantuan Logam

Abstrak

Silikon porous (Si) adalah materi dengan konduktivitas termal rendah yang memiliki potensi tinggi untuk perangkat termoelektrik. Namun, performa output rendah dari silikon porous menghambat pengembangan performa termoelektrik karena konduktivitas listrik yang rendah. Hambatan kontak besar dari kontak nonlinier antara silikon porous dan logam adalah salah satu alasan penurunan konduktivitas listrik. Dalam makalah ini, silikon porous bertipe p- dan n dibentuk pada substrat Si dengan pewcatan kimia bantuan logam. Untuk mengurangi hambatan kontak, spin on dopant tipe p- dan n digunakan untuk mendoping elemen keimpuran ke permukaan silikon porous tipe p- dan n, masing-masing. Dibandingkan dengan substrat Si dengan sampel poros tidak didoping, kontak ohmik dapat diperoleh, dan konduktivitas listrik silikon porous tipe p- dan n yang didoping dapat ditingkatkan menjadi 1160 dan 1390 S/m, masing-masing. Dibandingkan dengan substrat Si, hambatan kontak spesifik untuk lapisan silikon porous tipe p- dan n yang didoping menurun menjadi 1,35 dan 1,16 mΩ/cm², masing-masing, dengan meningkatkan konsentrasi pembawa muatan. Namun, peningkatan konsentrasi pembawa muatan menyebabkan penurunan koefisien Seebeck untuk substrat Si tipe p- dan n dengan sampel silikon porous yang didoping menjadi 491 dan 480 μV/K, masing-masing. Faktor daya berhubungan dengan koefisien Seebeck dan konduktivitas listrik materi termoelektrik, yang merupakan faktor vital untuk mengevaluasi performa outputnya. Oleh karena itu, meskipun nilai koefisien Seebeck substrat Si dengan sampel silikon porous yang didoping menurun, lapisan silikon porous yang didoping dapat meningkatkan faktor daya dibandingkan sampel tidak didoping karena peningkatan konduktivitas listrik, yang memfasilitasi pengembangannya untuk aplikasi termoelektrik.

Pendahuluan

Saat ini, konversi energi termoelektrik, yang dapat mengubah panas buangan menjadi energi listrik, dianggap sebagai teknologi penting untuk mengurangi tekanan kekurangan energi dengan meningkatkan efisiensi penggunaan energi [1]. Khususnya, berbagai aplikasi sensor sangat dibutuhkan untuk masyarakat informasi dan komunikasi di masa depan [2, 3]. Teknologi mikrofabrikasi berbasis materi termoelektrik telah dipelajari untuk mewujudkan perangkat termoelektrik yang sangat efisien dan kompak [4,5,6]. Performa termoelektrik materi termoelektrik dievaluasi dengan angka layak ZT = бS²T/к, di mana б adalah konduktivitas listrik, S koefisien Seebeck, T suhu absolut, dan к konduktivitas termal [7]. Faktor daya, бS², adalah output daya maksimum yang dihasilkan oleh materi dan therefore digunakan untuk mengestimasi performa outputnya.

Materi termoelektrik umum, seperti Bi₂Te₃ dan Sb₂Te₃, mengandung bahan langka dan toksik, yang membuat produksi skala besar menjadi sulit. Si dianggap sebagai salah satu kandidat alternatif untuk diterapkan pada perangkat termoelektrik karena melimpah dan banyak digunakan dalam industri semikonduktor [8]. Namun, Si bukan materi termoelektrik ideal karena konduktivitas termal yang tinggi (~ 150 W/mK) dan nilai ZT yang rendah (0,006) [9]. Baru-baru ini, terbukti bahwa Si terstruktur nano dapat menurunkan konduktivitas termal menjadi 1,6 W/mK dan kemudian meningkatkan nilai ZT menjadi 0,6 pada 300 K [10]. Generator termoelektrik berbasis nanowire Si berhasil dibuat baru-baru ini [11, 12]. Namun, performa generator termoelektrik ini masih rendah karena array nanowire Si sulit untuk menjamin diameter yang seragam dan permukaan halus, yang sangat terkait dengan nilai ZT.

Si porous, sebagai salah satu struktur nano Si, dianggap sebagai salah satu kandidat untuk materi termoelektrik dari karya teoretis dan eksperimental [13,14,15]. Namun, performa output yang tidak memadai dari Si porous membatasi pengembangan perangkat termoelektrik karena konduktivitas listriknya yang rendah. Banyak karya menemukan bahwa kontak listrik antara logam dan Si porous menunjukkan perilaku nonlinier karena hambatan energi potensial antara logam dan Si porous [16, 17]. Alasannya adalah bahwa status permukaan yang besar pada Si porous dan efek tangkapan permukaan menyebabkan pengosongan konsentrasi pembawa muatan pada permukaan Si porous [18]. Ini adalah tantangan dalam pembuatan generator termoelektrik karena kerugian parasit yang besar timbul dari hambatan listrik di antarmuka [19]. Selain itu, peningkatan hambatan ini juga menurunkan konduktivitas listrik terlihat Si porous beberapa orde magnitudo dibandingkan dengan Si massal, sehingga menghasilkan faktor daya yang rendah [20].

Pengdopingan keimpuran menggunakan spin on dopant (SOD) adalah satu metode modifikasi permukaan untuk meningkatkan konduktivitas listrik dengan meningkatkan konsentrasi pembawa muatan pada permukaan Si. Berbeda dengan implantasi ion, pengdopingan keimpuran dengan SOD adalah proses yang lebih sedikit merusak [21]. Beberapa karya telah menunjukkan bahwa nanowire Si yang didoping dengan SOD menunjukkan konduktivitas listrik yang tinggi [22, 23]. Boor et al. menemukan bahwa konduktivitas listrik film Si porous yang dibentuk oleh metode elektrokimia dapat ditingkatkan setelah doping dengan SOD [24]. Namun, karakteristik kontak listrik Si porous yang didoping dengan SOD belum diteliti dalam studi sebelumnya dan merupakan parameter penting untuk perangkat termoelektrik. Selain itu, penelitian efek doping SOD pada performa output substrat Si dengan lapisan Si porous langka. Berbeda dengan metode elektrokimia, kami menggunakan pewcatan kimia bantuan logam (MACE) untuk membentuk Si porous. MACE adalah metode sederhana dan dapat diproduksi massal menggunakan teknik pewcatan basah, yang dapat mensintesis berbagai struktur nano termasuk nanowire Si dan Si porous [25,26,27]. Selain itu, dapat membentuk nanopori lurus dengan laju pewcatan yang lebih cepat dibandingkan dengan metode lainnya.

Dalam studi ini, substrat Si tipe p- dan n dengan lapisan Si porous dibentuk oleh MACE, dan koefisien Seebeck, konduktivitas listrik dan kontak listrik dievaluasi pada lapisan Si porous yang didoping dengan berbagai jenis SOD. Pertama, koefisien Seebeck Si porous tipe p- dan n yang dibentuk oleh MACE diselidiki dan konsentrasi pembawa muatan lapisan yang didoping dengan SOD dievaluasi untuk memverifikasi efek doping. Kemudian, konduktivitas listrik dan karakteristik kontak substrat Si dengan lapisan Si porous yang didoping diukur menggunakan karakteristik arus–tegangan. Selain itu, kontak listrik antara logam dan lapisan Si porous yang didoping dievaluasi dalam hal hambatan kontak spesifik. Akhirnya, faktor daya substrat Si tipe p- dan n dengan lapisan Si porous yang didoping dievaluasi dan dibandingkan dengan sampel tidak didoping.

Metode

Substrat Si tipe p (10,0 mΩ-cm) dan tipe n (10,0 mΩ-cm) berorientasi (100) dengan ukuran 2 × 2 cm² difurnikan secara berturut-turut dalam aseton, etanol, air deionisasi, dan larutan piranha (H₂SO₄:H₂O₂ dalam rasio volume 2:1). Kemudian, lapisan Si porous tipe p- dan n dibentuk pada substrat Si dengan proses MACE sebagai berikut. Pertama, substrat Si direndam dalam campuran 0,14 M HF dan 5 × 10⁻⁴ M AgNO₃ selama 7 menit pada suhu ruangan. Dalam prosedur ini, nanopartikel Ag dengan diameter berkisar antara 80 hingga 180 nm ditambatkan pada permukaan Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Selanjutnya, substrat Si yang ditambatkan nanopartikel Ag direndam dalam larutan pewcatan yang terdiri dari 25 ml larutan HF 49%, 10 ml larutan H₂O₂ 35%, dan 5 ml air deionisasi dalam rasio volume 5:2:1 pada suhu ruangan. Reaksi pewcatan berlangsung dengan proses anodisasi lokal dan penghapusan oksida. Nanopartikel Ag segera mengoksidasi permukaan Si di antarmuka oleh anodisasi lokal, dan oksida dipekatkan oleh HF dalam larutan. Seiring berlangsungnya pewcatan, nanopartikel Ag menembusi Si untuk pewcatan lebih lanjut. Oleh karena itu, lapisan Si porous terbentuk. Dilaporkan bahwa laju pembentukan poros untuk Si tipe p lebih lambat dibandingkan dengan Si tipe n [28]. Ketebalan Si porous dikontrol oleh waktu pewcatan. Dalam eksperimen kami, waktu pewcatan untuk Si tipe p dipilih selama 2 menit 40 detik sementara untuk Si tipe n diproses selama 2 menit untuk memperoleh film Si porous sekitar 20 μm. Akhirnya, substrat Si dibersihkan dengan asam nitrat 10% untuk menghapus nanopartikel Ag diikuti dengan pembersihan air deionisasi. Porositas lapisan Si porous didefinisikan sebagai berikut,

$${\rm{Porosity}} = \frac{{m_{1} - m_{2} }}{pv}$$

di mana m₁ adalah massa sampel awal, m₂ adalah massa sampel setelah terbentuk lapisan Si porous, p, v adalah densitas dan volume lapisan Si tunggal kristal asli yang dipekatkan. Morfologi film Si diamati dengan mikroskop elektron emissi medan (FE-SEM).

Gambar 2a, b menggambarkan gambar silang film Si porous tipe p- dan n yang dibentuk oleh MACE. Ketebalan film Si porous tipe p- dan n sekitar 20 μm, yang diatur oleh waktu pewcatan. Diameter pori rata-rata film Si porous tipe p- dan n adalah 130 nm dan 125 nm, masing-masing, dan porositas film Si porous tipe p- dan n adalah 35% dan 31%, masing-masing.

Impuritas boron atau fosfor didoping ke dalam lapisan Si porous untuk membentuk lapisan Si tipe p atau n, masing-masing, menggunakan SOD (Filmtronics Inc. USA). SOD dilapisi pada permukaan dengan spin coating pada 3000 rpm selama 30 detik. Kemudian, sampel dipanggang pada 110 °C selama 15 menit untuk mengeras film SOD. Setelah itu, sampel dimasukkan ke dalam tabung kuarsa dan dianil pada 1100 °C selama 3 jam dalam lingkungan N₂ untuk menyebarkan atom dopant ke dalam Si porous. Akhirnya, sampel direndam dalam larutan HF untuk menghapus SiO₂ dan membersihkan permukaan. Untuk memvalidasi efek doping pada lapisan Si porous, konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous tidak didoping dan didoping diukur dengan sistem pengukuran Hall Effect [17].

Dua pola elektroda logam dibentuk secara terpisah pada film Si porous dan sisi belakang substrat Si untuk pengukuran koefisien Seebeck cross-plane sampel pada suhu ruangan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3a. Lapisan Si porous dibentuk pada setengah area wafer Si, dan bagian sisa Si dipekatkan sebesar 30 μm dalam kedalaman menggunakan deep reactive ion etching (RIE). Kemudian, film SiO₂ tebal 1 μm ditambatkan pada permukaan dengan tetraethoxysilane chemical vapor deposition (TEOS-CVD) untuk mengurangi kehilangan panas ke atmosfer sekitar. Dua jendela kontak persegi 1 × 1 mm² dibentuk pada film SiO₂. Setelah itu, dua elektroda kontak persegi panjang 1 × 2 mm² Ti-Au tebal 300 nm dibentuk dengan evaporasi sinar elektron untuk kontak. Akhirnya, dua elemen Peltier komersial dihubungkan dengan substrat Si untuk menciptakan gradien suhu sepanjang arah in-plane. Suhu T₁ dan T₂ pada dua elektroda diukur dengan termokopel dan selisih suhu ΔT diperoleh. Tegangan yang dihasilkan ΔV diukur dengan elektrometer. Koefisien Seebeck sampel diperoleh dari persamaan di bawah ini:

$$S = - \frac{\Delta V}{{\Delta T}}$$

Karakteristik arus (I)–tegangan (V) diukur untuk Si massal tipe p, Si massal tipe n, dan Si porous didoping/tidak didoping dengan konfigurasi pengukuran lateral dan vertikal, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3b, c. Tiga elektroda Al tebal 200 nm (‘1,’ ‘2,’ ‘3’) dengan ukuran 0,6 × 0,6 mm² dibentuk pada sisi atas sampel Si massal dan juga elektroda Al (‘4’) dibentuk pada sisi belakang, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3b. Untuk membuat kontak listrik, kawat tembung ditempel pada elektroda ‘4’ menggunakan pasta perak. Jarak pusat-ke-pusat antara elektroda Al ‘12,’ ‘23,’ ‘13’ adalah 0,2, 0,3, 0,56 cm, masing-masing. Sampel Si massal dianil pada 450 ℃ selama 30 menit untuk mengonfirmasi kontak ohmik antara Al dan Si. Untuk mengukur hambatan kontak spesifik, resistansi lateral di antara tiga elektroda diukur dengan probe sensitif tinggi. Untuk mengukur konduktivitas listrik vertikal substrat Si massal, konduktansi listrik di antara elektroda Al ‘2’–‘4’ diukur. Untuk mengukur properti listrik sampel Si porous dengan dan tanpa doping, lapisan SiO₂ tebal 2 μm ditambatkan pada film Si porous oleh tetraethyl orthosilicate CVD (TEOS-CVD) untuk menghindari kerusakan mekanis pada lapisan Si porous dari probe listrik. Tiga jendela SiO₂ 0,6 × 0,6 mm² dibentuk dengan pekatkan sebagian lapisan SiO₂ menggunakan larutan HF yang di-buffer untuk membuat kontak listrik. Kemudian, tiga elektroda Al 1,0 × 0,6 mm² dibentuk pada lapisan SiO₂ bersama dengan jendela SiO₂, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3c. Dengan demikian, probe dapat secara fisik menyentuh elektroda Al yang diperluas untuk membuat kontak listrik ke film Si porous.

Hasil dan Pembahasan

Gambar 4 menunjukkan tegangan yang dihasilkan versus selisih suhu pada substrat Si dengan sampel Si porous didoping dan tidak didoping. Nilai koefisien Seebeck yang dihitung dari berbagai sampel ditunjukkan dalam Tabel 1. Koefisien Seebeck untuk Si tipe p dan n massal adalah 450 dan 485 μV/K, masing-masing, dan koefisien Seebeck untuk substrat Si tipe p dan n dengan sampel Si porous tidak didoping menunjukkan nilai yang lebih tinggi yaitu 696 dan 650 μV/K, masing-masing. Alasan perbedaan koefisien Seebeck ini adalah karena efek filter energi dan efek pencatan permukaan [29,30,31]. Setelah proses doping, koefisien Seebeck untuk substrat Si tipe p dan n dengan sampel Si porous didoping menurun menjadi 491 dan 480 μV/K karena peningkatan konsentrasi pembawa muatan pada lapisan Si porous yang didoping. Namun, untuk seluruh sampel Si porous didoping, lapisan Si porous yang didoping tipis dan bagian sisa lapisan Si porous masih tidak didoping. Oleh karena itu, meskipun konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous yang didoping lebih tinggi dari Si massal, koefisien Seebeck seluruh sampel Si porous didoping (lapisan Si porous didoping + lapisan Si porous tidak didoping) mendekati Si massal.

Secara umum, koefisien Seebeck terdiri dari bagian difusi muatan S_d dan bagian tarikan fonon S_ph. Karena semua sampel sangat didoping (~ 10¹⁸) dan pengukuran dilakukan pada suhu ruangan, nilai S_ph jauh lebih kecil dari S_d, sehingga S ≈ S_d [32]. Dengan demikian, koefisien Seebeck juga dapat ditunjukkan sebagai berikut [33],

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

di mana k_B adalah konstanta Boltzmann, h adalah konstanta Planck, T adalah suhu absolut, m* adalah massa efektif state, q adalah muatan elektron, dan n adalah konsentrasi pembawa muatan. Oleh karena itu, konsentrasi pembawa muatan n adalah faktor penting yang menentukan nilai koefisien Seebeck.

Untuk lebih memahami hubungan antara konsentrasi pembawa muatan dan koefisien Seebeck, konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous tipe p dan n didoping dan tidak didoping diukur dengan pengukuran Hall. Konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous tipe p dan n tidak didoping ditemukan masing-masing 1,3 × 10¹⁸ dan 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³, sementara konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous tipe p- dan n yang didoping meningkat menjadi 4,6 × 10¹⁹ dan 2,3 × 10¹⁹ cm⁻³ setelah doping SOD. Sebagai referensi, konsentrasi pembawa muatan substrat Si tipe p- dan n adalah 2,3 × 10¹⁹ dan 9,0 × 10¹⁸ cm⁻³, masing-masing. Koefisien Seebeck substrat Si dengan sampel Si porous didoping menurun karena peningkatan konsentrasi pembawa muatan yang disebabkan oleh lapisan Si porous yang didoping.

Gambar 5a menggambarkan kurva I–V lapisan Si massal tipe p- dan n sepanjang arah ketebalan wafer. Total resistansi lapisan Si massal tipe p- dan n adalah 1,12 dan 0,65 Ω sementara resistansi interior yang diestimasi dari Si massal tipe p- dan n keduanya hanya 0,08 Ω; sehingga, total resistansi lapisan Si massal tipe p- dan n terutama ditentukan oleh hambatan kontak. Karena substrat Si massal tipe p- dan n keduanya sangat didoping (~ 10¹⁹), kontak listrik antara pelat Al dan substrat Si akan menjadi kontak ohmik. Namun, karakteristik I–V substrat Si tipe p- dan n dengan lapisan Si porous tidak didoping menunjukkan kurva nonlinier, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5b. Dalam hal ini, kami mendefinisikan konduktivitas listrik sampel ini dari gradien kurva I–V pada tegangan tertentu 1 V. Salah satu alasan perilaku nonlinier ini adalah bahwa rasio luas permukaan-volume meningkat dalam struktur nano dan sejumlah besar status energi permukaan terbentuk pada permukaan lapisan Si porous tidak didoping, sehingga nonlinieritas disebabkan oleh efek pembatas kuantum [34]. Berbeda dengan Si massal, elektron diharuskan memiliki lebih banyak energi untuk melintasi antarmuka Al-Si porous, yang meningkatkan hambatan kontak dan menurunkan total konduktivitas listrik. Selain itu, faktor lain, seperti permukaan hidrogenasi meta-stabil dan oksida alami, memiliki efek pada karakteristik listrik Si porous, yang mungkin juga berkontribusi pada penurunan besar konduktivitas listrik [35, 36]. Setelah doping SOD, kontak ohmik diperoleh untuk substrat Si tipe p- dan n dengan Si porous didoping, seperti yang ditunjukkan oleh kurva I–V linier dalam Gambar 5a, dan konduktivitas listrik substrat Si tipe p- dan n dengan lapisan Si porous didoping meningkat dari 150 menjadi 1160 dan 385 menjadi 1390 S/m, masing-masing, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Peningkatan konduktivitas listrik terutama disebabkan oleh penurunan hambatan kontak karena doping SOD terutama mempengaruhi permukaan Si porous. Setelah doping SOD, lapisan Si porous tipis p⁺ atau n⁺ terbentuk pada lapisan Si porous tipe p- dan n, masing-masing, dan konsentrasi pembawa muatan dapat mencapai sekitar 10¹⁹ cm⁻³. Oleh karena itu, elektron dapat menembus antarmuka antara Al dan Si porous yang didaping terlepas dari hambatan potensial [37].

Untuk mengevaluasi karakteristik listrik spesimen uji, hambatan kontak spesifik dievaluasi berdasarkan teori transmission line measurement (TLM), yang didefinisikan sebagai hambatan kontak per satuan luas [38]. Dalam teori TLM, total resistansi R dapat dihitung dengan,

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

di mana R_c adalah hambatan kontak, p_i resistivitas interior sampel, L jarak antara dua elektroda, dan A luas penampang. Hambatan kontak spesifik p_c dapat didefinisikan sebagai p_c = R_c × A. Oleh karena itu, Eq. 4 dapat dikonversi dengan mengalikan luas A menjadi,

$$RA = 2p_{c} + p_{i} L$$

Ketika nilai L mendekati 0, R menjadi dua kali hambatan kontak. Dengan demikian, p_c dapat diestimasi dari hubungan antara RA (total resistansi dikalikan luas penampang) dan L, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 6. Dengan demikian, hambatan kontak spesifik p_c dapat diperoleh dari setengah dari nilai ekstrapolasi pada L = 0. Karena kurva I–V nonlinier, hambatan kontak spesifik Si porous tidak didoping tidak dapat diukur. Nilai hambatan kontak spesifik yang dihitung dari Si porous tipe p- dan n yang didoping adalah 1,35 dan 1,16 mΩ-cm², masing-masing, sementara Si massal tipe p- dan n adalah 1,88 dan 1,25 mΩ-cm², masing-masing. Hasil ini menunjukkan bahwa Si porous tipe p- dan n yang didoping memiliki hambatan kontak spesifik lebih rendah dibandingkan Si massal tipe p- dan n. Oleh karena itu, dibandingkan dengan substrat Si dengan Si porous tidak didoping, hambatan kontak yang lebih rendah antara Si porous yang didoping dan logam disebabkan oleh peningkatan konduktivitas listrik substrat Si dengan Si porous yang didoping.

Tabel 1 menunjukkan faktor daya Si massal tipe p- dan n dan substrat Si dengan lapisan Si porous tidak didoping dan didoping. Meskipun koefisien Seebeck substrat Si tipe p- dan n dengan Si porous keduanya menurun melalui doping SOD, faktor daya meningkat 4 kali menjadi 280 μW/(m K²) untuk tipe p sementara meningkat 2 kali menjadi 320 μW/(m K²) untuk tipe n karena peningkatan signifikan konduktivitas listrik. Dalam penelitian kami sebelumnya, nilai ZT substrat Si dengan Si porous tidak didoping dapat meningkat 7,3 kali lebih besar dari Si massal asli karena koefisien Seebeck yang lebih tinggi (670 μV/K) dan konduktivitas termal yang lebih rendah (3,8 W/mK) [20]. Namun, optimisasi lebih lanjut nilai ZT substrat Si dengan Si porous tidak didoping terhambat oleh konduktivitas listrik yang relatif rendah. Konduktivitas termal rendah dapat mempertahankan Si bahkan dengan doping Si karena transportasi panas terutama dikendalikan oleh fonon dengan bebas rata lebih dari 100 nm, dan therefore, konduktivitas termal terutama diturunkan oleh struktur nano dengan Si porous [39]. Selain itu, nilai ZT terbaik materi dapat lebih dari 0,1 pada suhu ruangan ketika konsentrasi pembawa muatan bervariasi dari 10¹⁹ hingga 10²¹ cm⁻³ berdasarkan persamaan transportasi Boltzmann [40]. Oleh karena itu, nilai ZT yang diestimasi substrat Si dengan Si porous didoping dapat ditingkatkan menjadi sekitar 0,1 melalui doping SOD, yang 5 kali lebih besar dari substrat Si dengan Si porous tidak didoping (0,02). Akibatnya, disimpulkan bahwa substrat Si dengan Si porous melalui doping SOD dapat meningkatkan performa termoelekriknya.

Kesimpulan

Si porous disintesis pada Si massal tipe p- dan n yang sangat didoping menggunakan pewcatan kimia bantuan logam (MACE). Doping permukaan menggunakan spin-on-dopant (SOD) digunakan untuk meningkatkan properti listrik Si porous tipe p- dan n. Dibandingkan dengan substrat Si tipe p- dan n dengan Si porous tidak didoping (696 dan 650 μV/K), koefisien Seebeck substrat Si tipe p- dan n dengan Si porous didoping menurun menjadi 491 dan 480 μV/K karena peningkatan konsentrasi pembawa muatan lapisan Si porous yang didoping. Dibandingkan dengan konsentrasi pembawa muatan Si massal tipe p- dan n (2,25 × 10¹⁹ dan 9,03 × 10¹⁸ cm⁻³), konsentrasi pembawa muatan Si porous tipe p- dan n yang tidak didoping menurun menjadi 1,3 × 10¹⁸ dan 1,35 × 10¹⁸ cm⁻³ karena efek pembatas kuantum dan luas permukaan yang lebih besar, sementara konsentrasi pembawa muatan Si porous tipe p- dan n yang didoping meningkat menjadi 4,6 × 10¹⁹ dan 2,29 × 10¹⁹ cm⁻³ setelah doping SOD. Namun, SOD hanya dapat digunakan untuk doping film Si porous tipis. Dibandingkan dengan Si porous tipe p- dan n yang tidak didoping, Si porous tipe p- dan n yang didoping meningkatkan konduktivitas listrik dari 150 menjadi 1160 dan 385 menjadi 1390 S/m karena penurunan hambatan kontak. Selain itu, kontak ohmik dapat diperoleh pada Si porous tipe p- dan n yang didoping. Hambatan kontak spesifik antara Si porous dan Al menurun menjadi 1,35 dan 1,16 mΩ-cm², yang lebih rendah dari hambatan kontak antara Si massal dan Al karena peningkatan konsentrasi pembawa muatan. Meskipun koefisien Seebeck menurun, faktor daya substrat Si tipe p- dan n dengan Si porous didoping meningkat menjadi 280 dan 320 μW/(m·K²), masing-masing, karena peningkatan konduktivitas listrik. Oleh karena itu, substrat Si dengan Si porous yang dibentuk oleh MACE setelah doping SOD meningkatkan konduktivitas listrik dan dapat meningkatkan performa termoelektrik Si porous, yang diharapkan dapat digunakan untuk aplikasi termoelektrik.

Ketersediaan Data dan Bahan

Data yang digunakan dan/atau dianalisis selama studi saat ini tersedia dari penulis yang sesuai atas permintaan yang wajar.

Singkatan

Tersedia dalam daftar singkatan asli.