3 / 11
Применение методов сканирующей зондовой микроскопии…
Инженерный журнал: наука и инновации
# 1·2018 3
Исходя из проведенных ранее исследований [4], [10], выбрана
толщина слоев. При анализе СТМ-изображений опаловых пленок
было обнаружено [10], что приемлемое качество изображения можно
получить только для небольшой толщины пленки опала, составляю-
щей один–три глобулярных слоя (200…750 нм). Выявленная зависи-
мость топологии поверхности слоя золота, которое осаждалось на
поверхность опаловой матрицы, от толщины золотой пленки, изме-
ряемой на гладком образце-свидетеле, определила выбор толщины
пленок золота. В работе [4] показано, что на начальном этапе роста
пленки металл осаждается на вершинах составляющих опаловую
матрицу сфер оксида кремния, далее пленка разрастается и поверх-
ность начинает сглаживаться, но до толщины порядка 200 нм при
диаметре сфер 200…250 нм ее рельеф повторяет рельеф матрицы.
Проведение исследований образцов.
Работы осуществлялись на
СЗМ Solver P-47 посредством АСМ в полуконтактном режиме и СТМ в
топографическом режиме по методу постоянного тока и в режиме токо-
вой спектроскопии. Минимальный шаг СТМ-сканирования 0,006 нм.
Ранее обнаружено [8], что изображение поверхности опаловых пленок
на металлическом подслое зависит от туннельного напряжения, созда-
ваемого в зазоре. Данный эффект, скорее всего, не связан с переносом
массы и объясняется наличием эмиссионных процессов. При сканиро-
вании напряжение составляло от 0,1 до 1,0 В.
В ходе исследований получены данные о возможности изучения
металл-диэлектрических многослойных опаловых структур с помо-
щью СТМ. Для обеспечения возможности сканирования сумма зна-
чений толщины слоев опала, золота и углерода не должна превышать
1 мкм. Причем можно получить непосредственно изображения по-
верхности образцов и их вольт-амперные характеристики.
Качество изображения зависит от толщины отдельных пленок.
Выявлено, что для композиций хром — опал — золото метод СТМ до-
ступен при толщине пленок золота 100…200 нм. Этот факт подтвер-
ждает представленный в работе [4] механизм формирования пленок
металла на опаловой матрице. При толщине 100 нм начинается запол-
нение межсферических пустот осаждаемым материалом, который при
небольшой толщине опаловой пленки достигает подслоя хрома.
Сформированные на вершинах сфер «островки» металла разрастаются
и соединяются — формируется сплошная пленка. Туннельные токи
увеличиваются, и образец становится доступным для исследования
методом СТМ. Структура и, следовательно, проводимость углеродно-
го слоя также зависят от толщины. Для рассматриваемых образцов ка-
чество полученных методом СТМ изображений поверхности компози-
ции хром — опал — золото — углерод с толщиной верхней пленки
углерода 100 нм было лучше, чем у более тонких пленок, и близко
к качеству изображения, полученного посредством АСМ (рис. 2).