Diskussion:Schwarzes Silicium

Die Löschung der Seite „Schwarzes Silicium“ wurde ab dem 6. Februar 2009 diskutiert und abgelehnt. Für einen erneuten Löschantrag müssen gemäß den Löschregeln neue Argumente vorgebracht werden.

Überarbeitung

Damit der Artikel den Löschantrag übersteht, sollte die Qualität des Artikels verbessert werden. Dazu zähle ich zum eine eine Verbesserung der Geschichte (Erstveröffentlichung suchen) und der Grundlagen, zum anderen die Überarbeitung der Beschreibung zur Anwendung, dass schließt eine Rückdrengung der neuen Pressemeldungen vom Februar 2009 ein. --Cepheiden 17:55, 6. Feb. 2009 (CET)

Wirklich neu ist diese Art der Oberflächenstrukturierung übrigens nicht. Wer hat's erfunden? Das waren nachtaktive Schmetterlinge, die mit solchen Oberflächenstrukturen ihre Augen entspiegeln und zusätzliches Licht einfangen ("Mottenauge-Effekt"). Gruß --FK1954 20:56, 11. Feb. 2009 (CET)

Ach nunja, was hat die Natur noch nicht hervorgebracht? Allerdings wirkt nutzt der Mottenaugen-Effekt zwar dieselben Prinzipien (Schaffung eines stetigen Brechzahlübergangs eines effektiven Mediums) aber die Wirkung ist schon etwas anders (Transmission ggü. Photoelektronenauslösung). Denn die Strukturen bewirken beim black silicon ebenfalls eine verminderte Reflexion, jedoch ist Silicium in Spektrum des Lichtes schon leicht absorbierend (indirekter Bandübergang). Daher stehen mehr Photonen für die Absorption zu Verfügung. Wie dadurch jedoch 200 mal mehr Elektronen ausgelöst werden sollen versteh ich noch nicht ganz. --Cepheiden 09:08, 16. Feb. 2009 (CET)

Das mit den 200mal sovielen Elektronen verstehe ich überhaupt nicht, wenn ich berücksichtige, dass der Wirkungsgrad "normaler" Si-Fotoelemente in der Größenordnung von 10% liegt und nur Photonen, die oberhalb des Totalreflexionswinkels ankommen, nicht ins Silicium gelangen. Aber, sei's drum, der Artikel macht sich jetzt sehr viel besser. Gruß --FK1954 21:05, 22. Feb. 2009 (CET)

Was hat die Totalreflexion damit zu tun und wo soll sie auftreten? Das mit dem Faktor würde ich sehr vorsichtig betrachten, da hier zu keinerlei Angaben zu den Bedingungen gemacht werden (VOrspannung, welches Spektrum, welche Intensität usw.). Ich glaub kaum das ein Photon 100 oder mehr Elektronen auslöst. --Cepheiden 21:37, 22. Feb. 2009 (CET)

kristallines Silizium

In der Einleitung heißt es: "ist eine Veränderung des kristallinen Siliciums". Ich habe mir hier die Seite 31 angesehen. So wie ich das dort verstehe, ist "Schwarzes Silicium" ganz normales Silizium. Das besondere ist nur, dass die Oberfläche so abgetragen wird, dass Silizium-Nadeln auf dem verbleibendem Silizium entstehen. Die besonderen Effekte dürften wiederum deshalb entstehen, da durch die Strukturierung eine sehr große Oberfläche entstanden ist, die auch noch die Reflexion gegen Null gehen lässt. Laut Pdf ist das eine Anwendung des Reaktives Ionentiefenätzen. Ein Artikel, der in die Kategorie Fertigungsverfahren einsortiert ist, besser wäre wohl Halbleitertechnologie. Übrigens, diese Mazur-Methode hört sich für mich so an, als ob da die Silizium-Oberfläche derartig verdampft wird, dass dieser Nadelrasen zurückbleibt. Welchen Sinn eine Dotierung mit Schwefel hat, weiß ich allerdings nicht. Laut en-Artikel wird die Bandstruktur dadurch so verändert, dass man dadurch auch Infrarot-Licht detektieren kann. Für Solarzellen könnte das auch interessant sein, etwa für eine Tandemzelle. --Goldzahn 14:40, 18. Feb. 2009 (CET)

Und zu der Vorspannung: Ich hatte irgendwo mal etwas gelesen, wonach man derart die Elektronen absaugen kann, ehe sie rekombinieren und wieder weg sind. Sollte das so sein, dann frage ich mich, ob die Form (Nadeln) zu einer noch geringeren Rekombination führt oder ob dieser Faktor 100 stets bei der Vorspannung auftritt. --Goldzahn 15:04, 18. Feb. 2009 (CET)

Hallo, was ist denn ganz normales Silizium für dich? Das in der Mikroelektronik verwendete Silicium ist im Normalfall immer ein Einkristall (also zu Wafern gesägte Ingots). wenn es nicht einkristallin ist, dann wird das beton (Polysilizium, amorphes oder mikrokristallines Silizium). Die Bilder in dem PDF zeigen einkristallinies Silizium. Ob der Effekt auf bei Polysilizium auftritt könnt ich mal bei Kollegen erfragen.

Die Oberfläche wird nicht nur abgetragen, sondern das ausgelöste Material scheidet sich (zum Teil) auch wieder ab. Genauso ist das dann auch bei der Mazur-Methode, jedenfalls ist es ein selbstorganisierender Effekt und nicht mit einer Strukturierung durch definiertes Abtragen vergleichbar. Leider gibt es zu dem Verfahren eigentlich nur Pressemitteilungen. Das mit dem Bandabstand hab ich mal ergänzt, bisher ist aber wie gesagt alles PR.

Bei DRIE hab ich mal die Katergorie Halbleitertechnologie ergänzt (kA warum ich das damals nicht gemacht hatte)

--Cepheiden 15:33, 18. Feb. 2009 (CET)

Der Abtragungsprozeß bei der Mazur-Methode ist mir unklar. Hier heißt es: "the laser energy rapidly melts and resolidifies the top surface of the silicon wafer and in this highly kinetic environment large quantities of sulfur from the gaseous SF6 environment are trapped in the solid material, doping the semiconductor at concentrations well above the solubility limit." So wie ich das verstehe, sind diese Nadeln nicht die stehengebliebenen Reste der einstigen Silizium-Oberfläche, sondern die Oberfläche schmilzt dort wo der Laser hintrift, vermischt sich mit dem Schwefel und kristallisiert wieder. (siehe auch hier) Fragt sich woher die Nadelform kommt. Spritzt da vielleicht das Si in diese Nadelform und bildet beim Erstarren die Nadeln? Jedenfalls wäre das ein gänzlich anderer Prozeß als das Ionentiefenätzen. "Normales Silizium" ist ein Si-Einkristall. Offenbar muß es ein Femtolaser sein, weil die Si-Atome so nur wenig Zeit haben ihre Position zu verändern und als Einkristall weder erstarren. Das die aber als dotierter Einkristall wieder kristallisieren finde ich erstaunlich. --Goldzahn 16:18, 18. Feb. 2009 (CET)

Ja, die Siliziumatome (vermutlich nur in einer Schicht unterhalb eines Mikrometers) erhalten durch den laser viel Energie. Die Frage ist nun ob sie schmelzen oder gleich sublimieren. jedenfalls kommt es zu einer energetisch günstigen Selbstausrichtung. Für mich logisch wäre aber ein Sublimierung des Si und ein Aufspallten der SF6-Moleküle. Die evtl. oberflächennah reagieren und dann resublimieren bzw. kondensieren, wobei der Schwefel eingebaut wird. Die genauen Prozesse kenn ich leide rnicht, Artikel der Herren zu dem Thema gibt es auch nicht. Femtolaser nimmt man sicher wiel nur sie die erforderlichen Energien bereitstellen könne, wenn auch nur in sehr sehr sehr kurzen Pulsen. Was war eigentlich deine Ausgangsfrage? --16:53, 18. Feb. 2009 (CET)

Nun, als erster Satz der Einleitung fände ich besser etwas wie: "Schwarzes Silicium (engl. black silicon) ist kristallines Silicium mit einer Vielzahl von nadelförmigen Strukturen auf der Oberfläche". Als zweites würde ich die zwei Herstellungsmethoden beschreiben. Das eine das reaktive Ionentiefenätzen und das andere die Mazur-Methode. Das erste fehlt noch, doch da es dafür einen eigenen Artikel gibt kann man das kurz abhandeln. Und als drittes gibt es einzelne Dinge im Kapitel zur Mazur-Methode die mir noch unklar sind und andere wo ich den Text nicht so gelungen finde. Beispielsweise: Was ist 300 nm lang? Die Nadeln? Im Kapitel Eigenschaften steht, dass die Nadeln 10 µm lang sind, also viel länger (10.000 nm). Offenbar ergeben sich bei den beiden Verfahren unterschiedlich große Nadeln, wahrscheinlich auch Nadelformen. --Goldzahn 20:09, 18. Feb. 2009 (CET)

Ich habe das mal geändert, dein Satz für die Einleitung war mir dann aber doch zu unspezifisch. Ist es so deiner Meinung nach ok? Ja die Herstellungsmethode durch RIE bzw. DRIE fehlt, müsst ich erst recherchieren, wenn du was weißt trag es bitte ein. Alternativ auch eine gute Literaturstelle zum Thema. Bei der Mazur-Methode gibt es noch einiges Unklares, und das wird aufgrund fehlender dokumentaion auch so bleiben. evtl. mal in dne Patenten suchen. Und ja die Nadeln bei der Mazur-Methode sind wohl nur 300 nm lang (aber dafür sehr gleichmäßig), wobei sie bei RIE mehrere Mikrometer sein können. --Cepheiden 20:16, 18. Feb. 2009 (CET)

Einleitung, DRIE

Zur Einleitung. Laut Artikel Polymorphie (Materialwissenschaft) ist eine Modifikation: "aus den gleichen Atomen aufgebaut, unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung ihrer Struktur und haben somit unterschiedliche Eigenschaften. Unterschiedliche Gitterstrukturen können sich (...) bilden" So wie ich das verstanden habe sind diese "Nadeln" normales Silizium. Beim Ionentiefenätzen ist das klar, da dort aus einem Wafer die Struktur heraus geätzt wird. Da gibt es keine Änderung des Siliziumkristalls und also auch keine Modifikation. Bei der Mazur-Methode bin ich mir unsicher. Wenn meine Interpretation des Verfahrens stimmt, wonach der Einkristall sich dort wo der Laser auftritt sich kurzzeitig verflüssigt, dann frage ich mich ob dort anschließend das Si in den Nadeln als Einkristall vorliegt oder amorph oder polykristallin. In [1] heißt es "the substrate re-crystallizes". Was heißt das genau?

Beim Ionentiefenätzen schaue ich mal. Da haben wir den tollen Artikel und ich hatte die eine Quelle (oben angegeben) von der rwth-Aachen gefunden. --Goldzahn 08:16, 19. Feb. 2009 (CET) So, habe etwas dazu geschrieben. Quelle ist der Link oben zur rwth-Aachen. Hoffe das stimmt so. --Goldzahn 10:08, 19. Feb. 2009 (CET)

Ich habe jetzt in dem PDF, welches bei Weblinks verlinkt ist nachgesehen. Dort findet man Bilder auf den Seiten 8 bis 21 wo man sieht, wie das Silizium hochspritzt und sich verflüssigt. Bisher dachte ich, dass pro Nadel ein Laserpuls gemacht werden müsste. Stimmt nicht, ein Puls erzeugt gleich die Millionen Nadeln. Werde das noch im Text ändern. --Goldzahn 10:34, 19. Feb. 2009 (CET)

Ob es ein Einkristall ist kann ich auch nicht sagen, da müpsste man eine Publikation abwarten. Bei den Wirkungsgraden die angegeben werden gehe ich aber fast davon aus. Danke für die Ergänzungen, ich musste es aber etwas kürzen, da sonst zuviel Redundanz entsteht. Das Verfahren selbst ist auch nicht ganz so wichtig. Zumal die wesentlichen Merkmale in der Detailerklärung nochmals beschrieben werden. Ich hoffe es ist ok für dich. --Cepheiden 11:00, 19. Feb. 2009 (CET)

Überzeugt bin ich nicht. Zum einen scheint mir das jetzt nicht mehr gut verständlich zu sein und dann ist der zweite Satz im zweiten Absatz "Verlagerung des Prozesses hin zur Passivierung" eine Wiederholung des ersten Satzes. --Goldzahn 12:18, 19. Feb. 2009 (CET)

Die Verlagerung ist doch keine Wiederholung, sondern eine wichtige Prozessänderung, so dass überhaupt Polymerrückstände auf dem Boden verbleiben. Im normalen DRIE-Prozess ist das ja überhaupt nicht gewollt. Mit dem Verständnis/der Verständlichkeit ist das so eine Sache, immer war die ursprüngliche Formulierung IMHO nicht sehr hilfreich, da ein etwas merkwürdige Startphase beschrieben wird. (Mal den DRIE-Artikel lesen wie das dort beschrieben wird) --Cepheiden 12:59, 19. Feb. 2009 (CET)

Eines der Patentanmeldungen ist übrigens US020090014842. Sehr interessant dabei sind die Abbildung zum Thema Anzahl der Pulse und wirkung auf das Substrat. Patentanmeldung US000007390689 ist auch nicht uninformativ. --Cepheiden 11:10, 19. Feb. 2009 (CET)

Die Links funktionieren leider nicht. --Goldzahn 12:18, 19. Feb. 2009 (CET)

Mh, blödes Session-Management. Dann musst du die Nummern unter [2] (Recherche) selbst suchen. --Cepheiden 12:59, 19. Feb. 2009 (CET)

Danke für das wissenschaftlich fundierte Ausbauen des Artikels, Cepheiden und Goldzahn. Ihr seid richtig gut. whisper now^✉ 04:49, 20. Feb. 2009 (CET)

Der Text stammt von Cepheiden und dir, ich habe mich nur auf der Diskussionsseite verewigt. --Goldzahn 08:52, 20. Feb. 2009 (CET)

Bilder

Ich bekomm die Tage noch ein Paar REM-Bilder für die Wikipedia von black silicon via DRIE. --Cepheiden 10:24, 20. Feb. 2009 (CET)

Reduzierung der Reflexion in Zahlen unklar

"[...] wird durch die Strukturen die hohe Reflektivität des Silicium (in Abhängigkeit von der Wellenlänge 20 bis 30 % bei quasi-senkrechtem Einfall) deutlich gesenkt (ca. 5 %)." Die zweite Prozentzahl ist irgendwie unklar und ohne Erläuterung scheint sie auch der ersten zu widersprechen. Anhand des Edits kann man auch nicht herausfinden was gemeint ist... -- 89.197.158.52 18:01, 22. Feb. 2009 (CET)

Wird auf ca. 5 % gesenkt. Eine genaue Angabe ist hier nicht möglich weil der Reflexionsgrad abhängt von der Wellenlänge (Dispersion), Einfallswinkel und Polarisation ist. --Cepheiden 19:51, 22. Feb. 2009 (CET)

Unklarer neuer Abschnitt

„

Energieaufwand

Schwarzes Silicium wird durch ein gezieltes Abtragen von Atomen aus der Oberfläche von kristallinem Silizium gewonnen.
Da ein Abtrag einzelner Ionen aus der Oberfläche immer einen erheblichen Energieaufwand erfordert, ist für die Erzeugung einer strukturierten Oberfläche eine erhebliche Strommenge erforderlich.
Bisher wurden nur kleinere Materialproben im Labormaßstab erzeugt. Deshalb sind genauere Zahlen zum Energieaufwand bisher nicht veröffentlicht worden.
Der Erntefaktor von monokristallinem Silizium für photovoltaische Anwendungen sinkt durch eine weitere, stromintensive Oberflächenbehandlung erheblich.
“

Hallo, heute wurde der obestehende Abschnitt in den Artikel eingefügt. Da mir nihct ganz klar ist was der wage formulierte Abschnitt für den Artikel bringen soll, aber er evtl. nicht irrelvant ist wollt ich mal fragen, wie andere Nutzer den Abschnitt bewerten bzw. ob man den die gewünschte Thematik nicht besser in den Artikel einbauen könnte. --Cepheiden 15:01, 24. Mai 2009 (CEST)

Den Einwand halte ich zwar für berechtigt, allerdings kann ohne großtechnische Realisierung des Prozesses (die wohl mit einer Kommerzialisierung der Technik einhergeht) nicht abgeschätzt werden, wie energieintensiv die Behandlung nun ist. Bevor es dazu nicht etwas Stichhaltiges gibt, klingt der Absatz für mich wie Theoriefindung und hat IMHO hier nichts verloren. Der Erntefaktor könnte ja auch durchaus steigen, da der Wirkungsgrad durch die Behandlung steigen soll. --ojdo 20:19, 18. Apr. 2010 (CEST)

dubbed black silicon

"dubbed black silicon" ist nicht der Name für Schwarzes Silikon...it is/was dubbed (genannt, auf den Namen getauft) "black silicon".(nicht signierter Beitrag von 62.47.24.219 (Diskussion) 18:37, 15. Aug. 2011 (CEST))

Ja, klingt sinnvoller so, ich habe den Teil rausgenommen. --mfb 11:56, 16. Aug. 2011 (CEST)

Herstellungsoptimierung

Bezüglich der Ergebnisse zur Herstellungsoptimierung die sich aus der Arbeit http://web1.heissa.de/black_silicon.pdf ergibt, kann ich zwar nicht sagen, ob Prof. Ole Hansen und Dr. Eva M. Herzig objektiv waren, aber warum denn gleich löschen. Es handelt sich hier nicht um Theoriefindung, sondern unter Laborbedingungen reproduzierbar erbrachte echte Fortschritte zur Erhöhung der Effizienz. (nicht signierter Beitrag von Hirnbeiss (Diskussion | Beiträge) 21:42, 22. Okt. 2014 (CEST))

Hallo, wie ich in der Zusammenfassung geschrieben habe [3], fand ich die Angaben 1.) deplatziert und 2.) konnte ich in dem angegebene Beleg eben keinen Vergleich finden. Wenn ein solcher Vergleich dort vorhanden ist, bitte Seiten oder wenigstens das Kapitel angeben. Warum deplatiert? Nunja, die Arbeit beschäftigt sich nicht mit der Mazur-Methode oder? Auch wirken die neuen Absätze wie einfach in den Artikel geworfen, es fehlt der Zusammenhang zum Abschnitt bzw. vorhergehenden Absatz und es wird bspw. auf ALD oder die Verwendung von Aluminiumoxid eingegangen, was vorher nicht ansatzweise erwähnt wurde. Übrigens Prof. Ole Hansen und Dr. Eva M. Herzig waren offenbar die Gutachter, sie können nur die Objektivität der Arbeit beurteilen (was komplett offen und hier irrelevant ist), aber sind nicht für die Objektivität des Textes verantwortlich. Grüße -- Cepheiden (Diskussion) 21:14, 23. Okt. 2014 (CEST)

Elektronenfluss

Für Oma, das bin ich, fehlt in der Beschreibung irgendwas. Bei Anwendungen von Silicium geht es doch (zumindest häufig) um die Regelung von Strömen oder die Erzeugung von Spannung und Strom. In Querrichtung kann durch diesen Flausch kein Strom fließen und in Längsrichtung der Nadeln sehe ich nicht, wie man ihn kontaktieren soll. Wozu helfen also eine starke S-Dotierung, gesteigerte Absorption von Licht, schmales Leitungsband etc.? So wie er dasteht, scheint der Artikel sich ausschließlich an den Fachmann zu wenden. Ließe sich das ändern?-- Binse (Diskussion) 23:52, 30. Jan. 2018 (CET)

Mazur-Methode

Auch hier hat Oma eine Frage. Sie sieht einfach keine gedankliche Verbindung von Laserlicht, mag es auch extrem energiereich sein, und der extrem inhomogenen Oberflächenstruktur, die das im allgemeinen doch recht homogenes Laserlicht hier erzeugt. Lässt sich das wenigstens plausibel machen?-- Binse (Diskussion) 00:12, 31. Jan. 2018 (CET)