Создание латентных треков в слое SiO₂

Подложка Si/SiO2		Латентные ионные треки
	Облучение БТИ Au26+, Xe17+, U28+
	Au26+, Xe17+ энергия 350 МэВ, флюенс 5х108 см-2

При взаимодействии ионов высокой энергией с веществом в нем образуются разупорядоченные области (левая картинка) степень повреждения которых зависит от энергии и типа облучающего иона. При малых энергиях (порядка кэВ) образуются единичные дефекты в приповерхностной области (межузельные атомы и вакансии). При средних энергиях (порядка МэВ) образуются протяженные дефектные области (цепочка дефектов). При высоких энергиях (сотни МэВ) формируются латентные треки на всю толщину полимерной пленки (правая картинка).

Ниже показаны ускорительные установки, на которых проводились первые эксперименты по облучению полимерных пленок.

Центр технологий ионных пучков "ISL" (Hahn-Meitner-Institute, Берлин, Германия)

Циклотрон	Камера "BIBER"

Центр им. Гельмгольца по исследованиям в области физики тяжелых ионов ионных пучков "GSI" (г.Дармштадт, Германия)

Ускоритель "UNILAC"	Кассета для облучения

Травление ионных треков

Латентные ионные треки		Протравленные ионные треки (поры)
	Травление (HF)

Примеры полученных нанопор для различных типов полимерных пленок: полиэтилентерефталат (PET) и полиимид (PI). Размеры и форма получаемых пор задается параметрами облучения и травления.

Облучение Ar, 1 ГэВ => травление NaOH, 45 ^oC => цилиндрические треки.

Облучение Kr, 350 МэВ => травление NaOCl, 70 ^oC => гиперболические треки.

Трек БТИ может быть трансформирован в пору, если скорость травления вдоль него (V_T) больше, чем объемная скорость травления (V_B), представляющая собой скорость травления необлученного материала вне трека. Отношение V_T/V_B зависит от плотности повреждений в латентном треке. Таким образом, селективное травление латентного трека возможно, если V_T/V_B > 1. Кроме того, данный параметр определяет форму протравленного трека.

Временные характеристики параметров формируемых пор.

Зависимость толщины слоя SiO2 (x), верхнего диаметра поры (○), нижнего диаметра поры (○) и глубины поры (Δ) от продолжительности травления в 1.35 % HF

Поры полученные в результате травления.

Изображения сканирующей электронной микроскопии поверхности и сколов структуры Si/SiO2 с порами

Осаждение металлов (Ni, Cu) в поры

Протравленные ионные треки (поры)		Поры заполненные Cu, Ni
	Осаждение металлов (Ni, Cu) в поры

В зависимости от метода заполнения нанопор можно получить различные типы наноструктур.

Примеры заполненных нанопор:

Осаждение металлов в поры проводилось электрохимически из жидкой фазы. Данный метод позволяет варьировать такие структурные параметры как размеры кластера, толщина слоя, последовательность слоев, а также морфологию осаждаемого материала посредством изменения времени осаждения и потенциала электрода.

Особенности метода:
Высокая степень контроля степени заполнения пор путем изменения времени осаждения при постоянном потенциале.

Изображения СЭМ поверхности структуры Si/SiO2/металл при различном времени осаждения