Получение пленок серебра методом электронно-лучевого испарения для применения в наноплазмонике

Получение пленок серебра методом электронно-лучевого испарения…

ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 6

Для более детального описания роста кристаллитов, выявления зависимости

их размеров от скорости нанесения, управляемой мощностью испарителя, и

энергии подложки, управляемой температурой подложкодержателя, необходи-

мо перейти к кинетическому подходу. При таком подходе из рассматриваемого

движения отдельных осаждаемых атомов, параметров материалов покрытия и

подложки можно получить зависимости размера кристаллита от параметров

нанесения. Рассмотрим потоки атомов: приходящие на подложку, удерживаю-

щиеся на ней и диффундирующие (адатомы), а также уходящие с подложки при

энергиях, больше барьерной [14].

Отметим, что при увеличении температуры подложки увеличивается длина

диффузионного пробега, что позволяет адатомам проходить бóльшие расстоя-

ния и формировать кристаллиты бóльших размеров. При увеличении скорости

осаждения увеличивается насыщение за счет бóльшего числа приходящих ато-

мов, что уменьшает мобильность адатомов и, следовательно, уменьшает форми-

руемые кристаллиты.

Описание эксперимента.

Пленки во всех экспериментах сформированы

методом электронно-лучевого испарения на установке Evovac (Angstrom Engi-

neering) с базовым вакуумом 3



–8

Торр. Для испарения использовали серебро,

поставляемое компанией KurtLesker, чистотой 99,99 %. Расстояние от электрон-

но-лучевого испарителя до центра подложкодержателя составляло 300 мм. Ско-

рость испарения регулировали током на электронно-лучевом испарителе и кон-

тролировали датчиком кварцевого контроля Inficon. Для разных экспериментов

она составила от 0,5 до 150 Å/с. Толщина пленок во всех экспериментах по

кварцевому контролю составила 200 нм. Температура подложкодержателя ва-

рьировалась от 21 до 520

С.

Толщину пленок измеряли стилусным профилометром P-17 (KLA-Tencor)

по сформированной ступеньке, она составила от 170 до 200 нм. Рассогласование

в измеренной и контролируемой кварцевым датчиком толщинах объясняется

нелинейной зависимостью роста толщины пленки в результате тепловых и ме-

ханических процессов на поверхности подложки. В ходе эксперимента выпол-

няли корректировку скорости осаждения материала для поддержания постоян-

ной скорости роста пленки.

Морфологию пленок анализировали с помощью электронного микроскопа

Merlin (CarlZeiss) с разрешением до 0,6 нм. Съемка проводилась с ускоряющим

напряжением 5 кВ, на увеличениях 3, 7, 15 и 50 K. Обработка СЭМ-снимков вы-

полнена с помощью программного обеспечения Gwyddion и ImageJ.

Для окончательного выбора подложки был проведен эксперимент по фор-

мированию пленки серебра на подложках монокристаллов слюды, кремния и

сапфира. Пленки осаждены в едином вакуумном цикле при температуре под-

ложкодержателя 350

С, скорости осаждения 2,3

/с. СЭМ-изображения пленок

представлены на рис. 1.