Гришин Т.С.   Волкова Л.С.  

Формирования массивов Ag наночастиц на поверхности SiO2: АСМ-исследование

Докладчик: Гришин Т.С.

Формирования массивов Ag наночастиц на поверхности SiO2: АСМ-исследование

 

Т.С. Гришин1), Л.С. Волкова1)

1)Институт нанотехнологий микроэлектроники, Москва

 

Массивы наночастиц благородных металлов, например Ag, на поверхности твердого тела находят применение в качестве подложек для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). За счет явления поверхностного плазмонного резонанса данные структуры позволяют значительно усилить интенсивность сигнала комбинационного рассеяния от аналита, нанесенного на такую подложку [1].

Массивы плазмонных наночастиц на поверхности твердого тела, например на SiO2 могут быть сформированы различными способами, например осаждением из жидкой фазы или фотолитографическими методами. Воспроизводимым и в тоже время отличающимся малой трудозатратностью является подход, при котором массив наночастиц формируются в результате отжига тонкой металлической пленки, нанесенной на подложку одним из методов физического напыления [2]. За счет явления понижения температуры плавления для нанообъектов, пленка Ag распадается на сферические наночастицы уже при температуре около 100°C, что значительно ниже температуры плавления для объемного материала. Получаемые таким образом массивы наночастиц отличаются хорошей однородностью, а выбор толщины исходной пленки и температуры отжига позволяет управлять средним размером частиц и степенью заполнения подложки, что оказывает влияние на оптические свойства массива.

Рисунок 1 – Зависимость среднего размера наночастиц от температуры отжига при отжиге исходной пленки Ag толщиной 3,5 нм.

С помощью атомно-силовой микроскопии было изучено формирование и эволюция массивов наночастиц, полученных в ходе отжига тонких (2 – 20 нм) пленок Ag полученных методом магнетронного распыления. Атомно-силовая микроскопия позволяет не только определить латеральные размеры наночастиц, но и получить их трехмерное изображения, а также определить полный объем вещества на подложке, что важно для создания модели формирования массива. Следует отметить, что атомно-силовая микроскопия подобных массивов затруднена из-за быстрого загрязнения зонда и потери разрешения из-за плохой адгезии серебра к SiO2-подложке и смачиванию Si-зонда серебром, однако удовлетворительных результатов позволяет добиться метод силового картирования c контролем максимальной силы взаимодействия зонда с образцом в районе 100 пН.

Была определена зависимость между толщиной исходной пленки и температурой отжига, и геометрическими параметрами массива, определено, что полный объем вещества на поверхности не меняется. После распада исходной пленки на наночастицы происходит их быстрое укрупнение при увеличении температуры отжига, что обусловлено высокой подвижностью кластеров серебра на поверхности SiO2, причем длительность отжига, в отличие от температуры, практически не оказывает влияния на геометрические параметры массива. Так, при отжиге исходной пленки толщиной 3,5 нм при 200°С средний размер наночастиц в массиве составляет 17 нм при степени заполнения подложки 25%.

Литература

1.      S. V. Dubkov et al. Formation of SERS-substrate based on Ag-Cu bimetallic nanoparticles for detection of ultra-small amounts of substance // IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 1093, 2021, 012005, doi:10.1088/1757-899X/1093/1/012005.

2.      D. G. Gromov et al. Optimization of nanostructures based on Au, Ag, Au–Ag nanoparticles formed by thermal evaporation in vacuum for SERS applications // App. Surface Science, 489, 2019, p. 701-707, doi:10.1016/j.apsusc.2019.05.286


К списку докладов