Spatio-temporal selforganization at the Si|electrolyte interface

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Die Elektrochemie von Si in fluoridhaltigen, wässrigen Elektrolyten zeigt eine Reihe von Phänome-nen, die auf ein großes Anwendungspotential hinweisen, das von der geometrischen Strukturierung von mikromechanischen Bauteilen [1] bis hin zur selbstorganisierten Nanostrukturierung von Siliziumdioxid für Metall-Nanoemitter-basierte Solarzellen [2] reicht. Trotz intensiver Forschung während der letzten Jahrzehnte sind viele der an der Si|Elektrolyt-Grenzfläche beobachteten Phänomene noch weitgehend unverstanden [3]. Hierzu gehören die dynamischen Instabilitäten, die z.B. bei konstanter äußerer Spannung zu Stromoszillationen führen, welche für die o.g. Nano-strukturierung ausgenutzt werden. Unsere Vorarbeiten zeigten, dass die Oszillationen zudem mit der Ausbildung räumlicher Strukturen mit einer charakteristischen Länge von 100 μm einhergehen können. Ziel dieses Projektes ist es, den Mechanismus der Selbstorganisation an der Si|Elektrolyt-Grenzfläche im oszillatorischen Parameterbereich aufzuklären. Dabei soll die Musterbildung mit in-situ ellipsometrischer und in-situ optischer Mikroskopie verfolgt werden. Parallel dazu sollen auf zwei Ebenen Modellrechnungen durchgeführt werden: Zum einen soll ausgehend von den physikalischen und chemischen Grenzflächenprozessen ein mathematisches Modell aufgestellt und analysiert werden. Zum anderen sollen die dynamischen Phänomene mit universellen Normalformgleichungen beschrieben und vom Standpunkt der Theorie dynamischer Systeme analysiert werden. Am Ende soll ein umfassendes Bild der Grenzflächendynamik und der Musterbildung stehen.