Применение методов сканирующей зондовой микроскопии в исследовании опаловых наноструктур

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2018 1

УДК 621.01 DOI 10.18698/2308-6033-2018-1-1721

Применение методов сканирующей зондовой

микроскопии в исследовании опаловых наноструктур

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Представлены результаты исследования процесса формирования многослойных

структур на основе опаловых пленок на сканирующем зондовом микроскопе Solver

P-47 посредством атомно-силовой и туннельной микроскопии и токовой спектро-

скопии. Показано, что методы туннельной микроскопии пригодны для исследова-

ния слоистых структур хром — опал — золото — углерод. Приведены изображе-

ния поверхности и вольт-амперные характеристики, полученные по мере

формирования структур по слоям. Установлено, что формирование пленочных

структур на поверхности опаловых матриц начинается с формирования «остров-

ков» на вершинах сфер диоксида кремния. Выявлено, что нанесение углеродных

пленок на поверхность структуры хром — опал — золото приводит к увеличению

туннельных токов в зазоре зонд — образец. Представленные результаты могут

быть использованы при разработке технологии формирования разнообразных сло-

истых структур на поверхности опаловых матриц, в частности, в производстве

устройств фотоники, сенсорики и эмиссионных устройств.

Ключевые слова:

опал, опаловая матрица, тонкие пленки, углеродные структуры,

вакуумное осаждение, сканирующая зондовая микроскопия, туннельная микроско-

пия, токовая спектроскопия

Введение

Перспективы использования опаловых пленок связы-

вают в настоящее время не только с фотоникой, но и с плазмоникой,

сенсорикой, эмиссионной, лазерной и СВЧ-техникой, медициной и

другими современными научными направлениями. В целях совершен-

ствования технологий формирования необходимых структур прово-

дится множество разнообразных исследований. Полезны и перспек-

тивны в этом отношении разработки нового оборудования, методов

и методик, которые позволяют осуществлять комплексные исследова-

ния формируемых структур [1–3].

Один из таких способов — сканирующая зондовая микроскопия

(СЗМ) с использованием техники атомно-силовой (АСМ) и сканиру-

ющей туннельной микроскопии (СТМ). Удобство его применения

связано с возможностью размещать образец в атмосфере. С помощью

АСМ исследуют практически любые материалы, в частности опало-

вые структуры [4]. Достоинством СТМ является сверхвысокое раз-

решение — по нормали к поверхности до 10

–3

нм, вдоль осей, парал-

лельных поверхности, — до 10

–2

нм.

Современное оборудование позволяет исследовать топографию

и морфологию поверхностей, осуществлять перемещение отдельных

атомов, проводить локальные химические реакции, манипулировать