Британские ученые разработали более эффективный и экономный способ нанесения наночастиц на поверхность

Важной нанотехнологической задачей является изготовление гибридных устройств, сочетающих в себе несколько видов наночастиц. Примеры одноэлектронных транзисторов, устройств для хранения информации, наноразмерных светочувствительных детекторов, плазмонных волноводов ярко демонстрируют роль наночастиц как ключевых функциональных элементов, точное расположение которых обеспечивает качество технологии. Поэтому серьезным аспектом производства нано-устройств становится разработка надежных методов связывания наночастиц с поверхностью.

Метод электронно-лучевого нанесения (еlectron-beam induced deposition, EBID) обеспечивает такую возможность. В процессе EBID-нанесения происходит разложение адсорбированных из газовой фазы молекул с образованием летучих компонентов и твердого остатка. Разложение индуцируется мощным электронным лучом (10–200 кэВ), а варьирование энергии, состава исходных компонентов и газовой фазы делает этот метод применимым для конструирования разнообразных наноструктур на поверхности.

Изначально этот метод применялся для получения наноструктур сложной формы или для «встраивания» наночастиц под верхний слой поверхности.

На рисунке приведено изображение, полученное с помощью атомного силового микроскопа. Углеродсодержащее напыление, которое осталось после силового удаления 340-нм частицы, предварительно подвегшейся эффективному «спеканию» методом EBID. Диаметр кратера 170 нм. Анализ профиля поверхности показал, что под наночастицей образуется «отпечаток» столкновения наночастицы с электронным лучом. Благодаря вторичной электронной эмиссии, возникающей в нижней поверхности наночастицы и в субстрате, в области контакта наночастицы и субстрата увеличивается сила «спекания»

Недавно группа ученых из университета Бас (Великобритания) обнаружили, что наночастицы могут быть закреплены на поверхности с помощью гораздо меньшего количества EBID-оснований, чем это считалось ранее. С помощью атомной микроскопии был установлен 10-кратный избыток расщепляющей исходные молекулы силы, необходимой для нанесения слоя в 0.5 нм. Применение компьютерных моделей позволило описать механизм наиболее эффективного связывания наночастиц с поверхностью, этот механизм предполагает эффективное «спекание» наночастиц с субстратом когда частицы находятся очень близко у поверхности.

Работа, опубликованная в журнале Nanotechnology, открывает перспективу уменьшения толщины наносимого слоя наночастиц и одновременного уменьшения количества модификаций, приводящих к нежелательному изменению электрических, оптических или магнитных свойств покрытия.

Высокое разрешение индуцирующего электронного луча в методе EBID, составляющее примерно 1 нм, дает возможность наносить индивидуальные наночастицы, в то время как луч, используемый в фотолитографии, допускает нанесение более грубых наноструктур.

Если нанести монослой наночастиц на всю поверхность, а затем «спекать» тонким электронным лучом заданный рисунок, то после обработки поверхности растворителем и удаления в виде суспензии избытка слабо связанных наночастиц сильно связанные наночастицы останутся на поверхности.

Усовершенствование метода EBID, таким образом, увеличивает функциональность и качество получаемых методом электронно-лучевого нанесения наноструктур.

Мария Костюкова