تعرف على السيليكون الأسود وتطبيقاته

أصل اسم السيليكون الأسود هو أن اللون أسود كما تراه العين البشرية. بسبب البنية المجهرية الموجودة على السطح، يمكن للسيليكون الأسود أن يمتص ما يقرب من 100% من الضوء الساقط، وينعكس القليل جدًا من الضوء، لذلك يبدو أسود للعين البشرية.

جلبت الخصائص البصرية وأشباه الموصلات الفريدة لمواد السيليكون السوداء مجموعة واسعة من التطبيقات لأجهزة الاستشعار الكهروضوئية (أجهزة الكشف الضوئي، وكاميرات التصوير الحراري، وما إلى ذلك)، مثل الكاميرات منخفضة الإضاءة التي تعمل في النطاقات المزدوجة المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء، تحقيق فوائد كبيرة للتطبيقات المدنية والعسكرية. تعال إلى العديد من وسائل الراحة.

إحدى الخصائص الأكثر جاذبية للسيليكون الأسود هي انعكاسيته المنخفضة إلى حد ما وقدراته على الامتصاص ذات الزاوية الواسعة على نطاق طيفي واسع. يمكن أن تصل انعكاسية السيليكون الأسود عادةً إلى أقل من 10%، وهو أمر مفيد جدًا للمخاريط النانوية أو الأسلاك النانوية. يمكن للهيكل الخاص لنسبة القطر أن يقلل من متوسط الانعكاس إلى أقل من 3% عن طريق تحسين معلمات العملية.

مع تطور تكنولوجيا المعالجة الدقيقة للسيليكون، تطورت البنية المجهرية للسيليكون الأسود من أقدم بنية مخروطية نانوية تمت معالجتها بواسطة ليزر الفيمتو ثانية إلى الهياكل الهرمية والثقبية والأسلاك النانوية والمركبة.

بعد سنوات من الاستكشاف، تم إنشاء أنظمة معالجة مختلفة لطرق معالجة السيليكون الأسود. تشمل الطرق الشائعة الاستخدام طريقة ليزر الفيمتو ثانية، وطريقة النقش الكهروكيميائي، وطريقة النقش الأيوني التفاعلي، والطريقة الحمضية، والطريقة القلوية، وطريقة النقش بمساعدة المعدن، وما إلى ذلك. كل طريقة معالجة لها مورفولوجيا مجهرية مختلفة وخصائص بصرية متاحة.

وفي الوقت نفسه، توسع تعريف السيليكون الأسود تدريجياً. ولم يعد يقتصر على السيليكون ذو البنية المجهرية المعالج بواسطة ليزر الفيمتو ثانية، ولم يقتصر اللون على اللون الأسود. وطالما أن لديه قدرة واضحة على محاصرة الضوء، فيمكن أن يطلق عليه السيليكون ذو البنية الدقيقة. إنها مادة السيليكون السوداء.

من خلال التحكم في الحجم الهيكلي المميز للسيليكون المسامي متعدد الطبقات، يتحكم الباحثون بشكل مصطنع في التغيرات في معامل الانكسار. سطح السيليكون له تأثيرات امتصاص مختلفة للضوء المختلف، وفي النهاية تظهر ألوان مختلفة تحت عيون الإنسان. يمكن تطبيق هذا الحل التقني على كاشف رباعي الأرباع، بحيث يُظهر كل ربع خصائص استجابة طيفية مختلفة.

باعتباره مادة جديدة، يتمتع السيليكون الأسود بالعديد من الخصائص الممتازة وقد تم استخدامه في العديد من المجالات، مثل معدل امتصاص الضوء العالي للغاية وحساسية الضوء، والتي يمكن استخدامها كطبقة ماصة للكاشفات الضوئية؛ يمكن أن يؤدي استخدام خصائص السيليكون الأسود المضادة للانعكاس وخصائص الزاوية الواسعة مثل الامتصاص إلى تحسين أداء الجهاز مثل معدل الاستجابة الكهروضوئية والمدى الطيفي للاستجابة؛ يتميز الهيكل الهرمي للسيليكون الأسود بخصائص انبعاث مجال ممتازة، لذلك يمكن استخدامه كمواد انبعاث مجال. يتمتع السيليكون الأسود أيضًا بخصائص انبعاث ضوئي ممتازة. ونظرًا لخصائصه المضيئة، يمكن استخدامه كمادة مضيئة ضوئيًا؛ باستخدام مساحة السطح المحددة للغاية من السيليكون الأسود، يمكن استخدامه كمادة لاصقة صلبة أو هيكل لتبديد الحرارة بين مواد السيليكون.

وفي العديد من التطبيقات، أظهرت مواد السيليكون الأسود قيمتها الكبيرة في تحسين الكفاءة الكهروضوئية للخلايا الشمسية السيليكونية البلورية الصناعية. مع التطور الهائل لتكنولوجيا رقائق السيليكون لقطع الأسلاك الماسية، تم تقليل طبقة الضرر أثناء قطع رقائق السيليكون بشكل كبير، ويمكن أيضًا توفير رقائق السيليكون الأحادية البلورية أو متعددة البلورات الرقيقة، مما عزز بشكل كبير التطور النشط لصناعة الخلايا الكهروضوئية وتحسين أداء الأجهزة. كفاءة التحويل الكهروضوئية، الخلايا الكهروضوئية في حاجة ماسة إلى تكنولوجيا السطح الأمامي مع انعكاس منخفض وامتصاص واسع الزاوية وتصميم هيكلي مع امتصاص معزز. تُظهر تقنية السيليكون الأسود اقترانًا طبيعيًا في المجال الكهروضوئي.