晶圆级电活性纳米多孔硅：在水性电解质中的大尺度且完全可逆的电化学机械驱动
材料科学
2022-11-29 v1 介观与纳米尺度物理
软凝聚态物质
应用物理
化学物理
摘要
硅中的纳米多孔性导致以界面为主导的力学、流体学与光子学特性，通常优于块体材料。然而，由于其基础材料缺乏本征压电性，对其主动控制（例如响应电子刺激）具有挑战性。在此，针对由水性电解质润湿的大尺度纳米多孔硅悬臂梁，我们展示了高达 600 kPa 的吸附诱导机械应力生成，该应力可通过约 1 V 的电势变化随意可逆且可调地产生。激光悬臂弯曲实验结合原位循环伏安法与阶跃库仑法，使我们能够定量地将这一大尺度电驱动追溯至每平方厘米截面上 1000 亿个并行纳米孔的协同作用，并确定在高氯酸与等渗盐水溶液中离子吸附与脱附时的电容电荷-应力耦合参数以及密切相关的应力驱动动力学。与平面硅表面比较，揭示了在单纳米孔尺度上氧化层形成与孔壁粗糙度对观测到的电毛细现象（静电 Hellmann-Feynman 相互作用）重要性的机理见解。在具有晶圆级自组织纳米多孔性的主流半导体中观测到稳健的电化学机械驱动，为在极低工作电压下实现片上集成应力生成与驱动器件开辟了全新机遇。
引用
@article{arxiv.2110.14326,
title = {Wafer-Scale Electroactive Nanoporous Silicon: Large and Fully Reversible Electrochemo-Mechanical Actuation in Aqueous Electrolytes},
author = {Manuel Brinker and Patrick Huber},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.14326},
year = {2022}
}
备注
14 pages, 5 figures, supplementary information available as ancillary file