Бесконтактное формирование нанорельефа поверхности
методом сканирующей туннельной микроскопии
А.В.Николаевский*
**Государственное научное учреждение «Научно–исследовательский институт перспективных материалов и технологий Московского института электроники и математики (технического университета)» (ГНУ «НИИ ПМТ»),
Исследования показали, что на базе сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) возможна разработка новой технологии, в основе которой лежит применение туннельного зонда как для визуализации объектов на подложке, так и для формирования их в нанометровых областях [1,2].
Основными факторами, определяющими процессы зондовой нанотехнологии, являются: локальные электрические поля, сравнимые с внутримолекулярными и атомными; сверхбольшие плотности токов до 109 А/см2 и их электродинамическое воздействие, а также сверхплотные локальные потоки тепла, вызванные протекающими токами[3,4].
В работе исследовано влияние параметров туннельного зазора СТМ на поверхность тонких пленок Pt, проведена их оптимизация с целью осуществления бесконтактного формирования нанорельефа поверхности тонкой пленки Pt толщиной 50 нм на воздухе.
В качестве объекта исследования в работе использовалась тонкая пленка Pt, полученная распылением платиновой мишени ионами Ar+ в вакууме 2∙10-3 мм. рт. ст. на поликоровую подложку. Процесс сканирования топографии и электрополевая локальная деформация поверхности проводились в режиме сканирующей туннельной микроскопии. Рабочий инструмент для исследования и модификации поверхности – сканирующий зондовый микроскоп СММ-2000. В качестве зонда СТМ использовалась механически заточенная проволока сплава Pt с 10% Ir.
Недостатком методов бесконтактной модификации рельефа поверхности подложек является дальнодействующий характер электростатических сил, что определяет сложность контроля размерности модифицированной области и регулярности получаемых нанообъектов.
Поэтому в работе было проведено исследование и последовательное изменение режимов сканирования (в том числе для напряжения туннельного зазора с шагом 50мВ от U=50мВ до U=2500мВ, для тока туннельного зазора I от 3до 16 нА и т.д.) с целью определения оптимальных режимов управляемого воздействия.
В результате после серии последовательных геометрически сконфигурированных воздействий был получен участок с заданной геометрией нанорельефа поверхности (рисунок 1) при следующих параметрах воздействия: I(ток)=16нА, U(напряжение)=2200мВ, Step(шаг)=14,7А, V(скорость)=73,70мкм/с, Meas(число измерений в точке)=8.
Рисунок 1 – СТМ изображение модифицированной поверхности Pt (6.085x6.085 мкм)
Возникающая в результате модификации пластическая деформация пленки Pt (рисунок 2) приводит не только к локальному изменению шероховатости пленки, но и значительно увеличивает поверхностную площадь материала [5], что может иметь применение при изготовлении электродов, катализаторов и биологически активных материалов [6].
а) б)
Рисунок 2 – Изменение морфологии поверхности тонкой пленки Pt в результате электрополевой пластической деформации: СТМ изображение а) исходной поверхности, б) модифицированной поверхности
В результате экспериментальных исследований была продемонстрирована возможность одновременного создания, контроля и визуализации процессов модификации поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии.
Была получена заведомо сконфигурированная поверхность пленки Pt, бесконтактно модифицированная в нанометровом масштабе, c более развитым рельефом относительно первоначальной поверхности и необратимыми морфологическими изменениями.
Литература
Eigler D.M., Schweizer E.K. Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope. Nature (1990) v.344, No. Pt. p.524-526.
Kuzkin V.I., Frolov V.D. Painting of nanoobjects on the α-C:H film surface by means of STM-nanolithography // International workshop on microrobot, micromashines & microsistems, IARP-2003, Proceed. Moscow, Russia, April 2003, p.387.
Tobias Jungk, Ákos Hoffmann, Elisabeth Soergel. Contrast mechanisms for the detection of ferroelectric domains with scanning force microscopy. New Journal of Physics 11 (2009),033029 (14pp).
Неволин В.К. Пластическая нанодеформация образцов в туннельном микроскопе. // Письма в ЖТФ. 1988. т.14, вып.16. с. 1458-1460.
Mc.Cord M.A., Kern D.P., Chang T.H.P. Direct writing of submicron metallic features with STM. // J. Vac. Sci. Technol. B. – 1988. v.6, №6, p.1877-1880.
Eiichi Mine, Masayuki Shirai Preparation of Ordered Macroporous Platinum Metal Particles // e-J. Surf. Sci. Nanotech Vol. 4 (2006) p. 451-453.
Библиографическая ссылка
Николаевский А.В. Бесконтактное формирование нанорельефа поверхности
методом сканирующей туннельной микроскопии // Нанотехнологии и микросистемы
.
URL: http://econf.rae.ru/article/5324 (дата обращения: 21.12.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
