В последнее время металлические наноструктуры вызывают повышенный интерес в связи с их возможными применениями в плазмонике. Однако для раскрытия потенциала наноструктур необходимо разработать способ, позволяющий осуществлять точный контроль их трехмерной архитектуры.
Исследователи из Institute of Photonic Sciences (ICFO, Барселона, Испания) недавно продемонстрировали, что методика электронно-лучевого напыления (electron-beam induced deposition, EBID) может быть успешно использована для создания наноразмерных золотых структур с высокой точностью позиционирования и контроля формы элементов.
Суть метода EBID заключается в локальном разложении электронным лучом молекул прекурсора, адсорбированных на поверхности подложки. При этом не требуется использование каких-либо резистов (как, например, в фотолитографии), поэтому таким способом можно получать структурные элементы с большим соотношением сторон, а также работать на сильно неровных поверхностях.
Метод предоставляет широкие возможности контроля получаемых структур путем варьирования параметров синтеза – состава прекурсора и газовой атмосферы, материала подложки и силы тока в электронном луче. Как правило, в качестве исходного вещества применяются металоорганические соединения на основе b-дикетонатов. В этом случае обычно образуются нанокомпозиты, в которых металл заключен в органическую матрицу, значительно ограничивающую электронные и оптические свойства структур. Повысить чистоту материала можно за счет повышения тока электронного луча, нагрева образца или использования химически активных газов.
Испанские исследователи получили золотые наноструктуры методом EBID при разложении металлоорганического прекурсора на стеклообразной подложке, покрытой оксидом индия/олова (ITO). Очистка проводилась при помощи отжига при 400 °С на воздухе, во время которого происходило удаление соединений углерода и кислорода. Итоговое содержание золота составило 82 %. Основной проблемой отжига являлась деградация структуры. Это было решено путем нанесения поверх слоя ITO 4 нм слоя титана, что предотвратило протекание нежелательных реакций между прекурсором и подложкой.
Для плазмонных применений интерес представляют трехмерные структуры с элементами размером порядка 100 нм, в которых возможно наблюдение поверхностного плазмонного резонанса для частот видимого диапазона.
Образцы были исследованы методом рассеяния неполяризованного света (рис. 1). До отжига на спектрах рассеяния не наблюдалось никаких особенностей. После отжига, когда была достигнута необходимая чистота материала, цвет существенно изменился. При увеличении продолжительности напыления (в данном случае 8 и 12 с) и, следовательно, высоты элементов резонансный пик сдвигался в сторону больших длин волн, что совпало с теоретическими предположениями.
Работа
«Growth of plasmonic gold nanostructures by electron beam induced deposition» была опубликована в журнале
Applied Physics Letters.
