eng
Выпуск #2/2019
И.В.Яминский, А.И.Ахметова, Г.Б.Мешков
Сканирующая зондовая микроскопия в исследованиях тонких пленок
Сканирующая зондовая микроскопия в исследованиях тонких пленок
Просмотры: 2288
В рамках российско-иранского проекта "Инициация локальных химических реакций в осажденных тонких пленках с использованием сканирующей зондовой микроскопии" продолжены исследования с помощью СЗМ и КМ по созданию многопараметрической литографии. Получены оригинальные результаты по контролируемой модификации поверхности. Точность капиллярной нанолитографии находится на уровне единиц нанометров.
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.128.130
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.128.130
Теги: capillary microscopy lithography probe microscope local anodic oxidation nanometer resolution scanning probe microscope thin films капиллярная микроскопия литография зондовый микроскоп локальное анодное окисление нанометровое разрешение сканирующая зондовая микроскопия тонкие пленки
Получено: 22.03.2019 г.
В рамках выполнения проекта по исследованию химических реакций в тонких пленках нами проведены измерения в режиме капиллярной микроскопии в сканирующем зондовом микроскопе ФемтоСкан [1]. В данной работе мы используем двухканальные капилляры, в которых один канал (транспортный) используется для подачи реагентов, а второй (сигнальный) – для позиционирования капилляра над поверхностью образца за счет измерения ионного тока. В работе используются свежеприготовленные на установке P-1000 Pipette Puller капилляры из боросиликатного стекла. Сигнальный канал заполняется 1М раствором хлорида натрия. Величина ионного тока варьируется в диапазоне 0,2–1 нА при приложенной между хлорсеребряными электродами разности потенциалов в 200 мВ. Для осуществления нанолитографии транспортный канал капилляра заполняется раствором, содержащим наночастицы коллоидного золота. Скорость подачи наночастиц золота управляется электрическим потенциалом, приложенным к электроду в транспортном канале. По данным просвечивающей электронной микроскопии (LEO 912 AB), характерный диаметр наночастиц золота составляет около 20 нм (рис.1). Эти данные также подтверждены методом лазерного рассеяния одиночных наночастиц [2].
Проведены исследования топографии поверхности дисульфида вольфрама (рис.2) и трисульфида титана (рис.3), нанесенных на оксид кремния. Образцы были предоставлены Технологическим университетом имени Шарифа. На полученных изображениях отчетливо видна слоистая структура этих элементов. Для обработки результатов использовалось программное обеспечение "ФемтоСкан Онлайн" [3].
Для проведения экспериментов была разработана бокс-система, которая позволяет регулировать параметры среды в процессе измерений. В частности, при создании литографии по методу локального анодного окисления осуществлялся контроль влажности воздуха. Процент содержания воды в воздухе определяет пороговое электрическое напряжение, при котором происходит локальное окисление материалов [4]. Бокс-система выполнена в виде герметичной емкости из пенопласта, внутри которой расположен сканирующий зондовый микроскоп. В бокс-системе осуществляется мониторинг температуры и влажности. Также имеется возможность контролируемой подачи газа (например, сухого азота) во внутренний объем бокс-системы. Бокс-система позволяет провести оценку влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций.
В настоящей работе достигнуто выполнение основных задач с получением практически важных результатов:
• разработана многопараметрическая литография с помощью нанокапилляров с несколькими каналами. Многопараметрическая литография позволяет реализовать контролируемую модификацию поверхности материалов за счет локальной доставки реагентов и материалов (наночастиц) в заданную область с нанометровой точностью;
• осуществлена дозированная подача жидких сред и реагентов через дополнительные каналы нанокапилляров. При управлении скорости подачи реагентов определенной концентрации осуществлена локальная доставка химических реагентов в область нанометровых размеров, в пределах которой проходила химическая реакция;
• сконструирована бокс-система для задания параметров газовой среды в контролируемых условиях (состав газовой атмосферы, температура, влажность, скорость потока, уровень освещенности). Бокс-система создана для определения влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций;
• разработаны физико-химические принципы инициации локальных химических реакций с использованием нанокапилляров для подачи в область нанометрового размера требуемых реагентов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 17-52-560001.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
1. Yaminsky I., Akhmetova A., Meshkov G., Salehi F. Combined capillary and probe microscopy. Nanoindustry, 1 (80): 44–48, 20.
2. Gaskarov A., Yaminsky I. Microscopy in clinical diagnostics. Detection of particles of nanometer size // Nanoindustry. 2013. № 3. P. 50–55.
3. Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Meshkov G.B. FemtoScan Online Software and Visualization of Nano-Objects in High-Resolution Microscopy // Nanoindustry. 2018. Vol. 10. No 6 (85). P. 414–416.
4. Akhmetova A.I., Yaminsky I.V., Farshad S. Nanolithography using scanning probe microscopy in natural environments. NBICS-NT, 3: 71–77, 2018.
В рамках выполнения проекта по исследованию химических реакций в тонких пленках нами проведены измерения в режиме капиллярной микроскопии в сканирующем зондовом микроскопе ФемтоСкан [1]. В данной работе мы используем двухканальные капилляры, в которых один канал (транспортный) используется для подачи реагентов, а второй (сигнальный) – для позиционирования капилляра над поверхностью образца за счет измерения ионного тока. В работе используются свежеприготовленные на установке P-1000 Pipette Puller капилляры из боросиликатного стекла. Сигнальный канал заполняется 1М раствором хлорида натрия. Величина ионного тока варьируется в диапазоне 0,2–1 нА при приложенной между хлорсеребряными электродами разности потенциалов в 200 мВ. Для осуществления нанолитографии транспортный канал капилляра заполняется раствором, содержащим наночастицы коллоидного золота. Скорость подачи наночастиц золота управляется электрическим потенциалом, приложенным к электроду в транспортном канале. По данным просвечивающей электронной микроскопии (LEO 912 AB), характерный диаметр наночастиц золота составляет около 20 нм (рис.1). Эти данные также подтверждены методом лазерного рассеяния одиночных наночастиц [2].
Проведены исследования топографии поверхности дисульфида вольфрама (рис.2) и трисульфида титана (рис.3), нанесенных на оксид кремния. Образцы были предоставлены Технологическим университетом имени Шарифа. На полученных изображениях отчетливо видна слоистая структура этих элементов. Для обработки результатов использовалось программное обеспечение "ФемтоСкан Онлайн" [3].
Для проведения экспериментов была разработана бокс-система, которая позволяет регулировать параметры среды в процессе измерений. В частности, при создании литографии по методу локального анодного окисления осуществлялся контроль влажности воздуха. Процент содержания воды в воздухе определяет пороговое электрическое напряжение, при котором происходит локальное окисление материалов [4]. Бокс-система выполнена в виде герметичной емкости из пенопласта, внутри которой расположен сканирующий зондовый микроскоп. В бокс-системе осуществляется мониторинг температуры и влажности. Также имеется возможность контролируемой подачи газа (например, сухого азота) во внутренний объем бокс-системы. Бокс-система позволяет провести оценку влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций.
В настоящей работе достигнуто выполнение основных задач с получением практически важных результатов:
• разработана многопараметрическая литография с помощью нанокапилляров с несколькими каналами. Многопараметрическая литография позволяет реализовать контролируемую модификацию поверхности материалов за счет локальной доставки реагентов и материалов (наночастиц) в заданную область с нанометровой точностью;
• осуществлена дозированная подача жидких сред и реагентов через дополнительные каналы нанокапилляров. При управлении скорости подачи реагентов определенной концентрации осуществлена локальная доставка химических реагентов в область нанометровых размеров, в пределах которой проходила химическая реакция;
• сконструирована бокс-система для задания параметров газовой среды в контролируемых условиях (состав газовой атмосферы, температура, влажность, скорость потока, уровень освещенности). Бокс-система создана для определения влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций;
• разработаны физико-химические принципы инициации локальных химических реакций с использованием нанокапилляров для подачи в область нанометрового размера требуемых реагентов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 17-52-560001.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
1. Yaminsky I., Akhmetova A., Meshkov G., Salehi F. Combined capillary and probe microscopy. Nanoindustry, 1 (80): 44–48, 20.
2. Gaskarov A., Yaminsky I. Microscopy in clinical diagnostics. Detection of particles of nanometer size // Nanoindustry. 2013. № 3. P. 50–55.
3. Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Meshkov G.B. FemtoScan Online Software and Visualization of Nano-Objects in High-Resolution Microscopy // Nanoindustry. 2018. Vol. 10. No 6 (85). P. 414–416.
4. Akhmetova A.I., Yaminsky I.V., Farshad S. Nanolithography using scanning probe microscopy in natural environments. NBICS-NT, 3: 71–77, 2018.
Отзывы читателей
