микросферы (Лекции по ОНЭиНТ)

212НААННООТТЕЕХХНОЛЛООГГИИИНАНОСФЕРНАЯ ЛИТОГРАФИЯ(Nanospher Lithography)«Сфера – геометрическое место точек, расстояниекоторых от центра не превышает заданнойвеличины».Из школьного учебникаКак известно, наноматериалы термодинамически нестабильны, поэтому их получение зачастую требует использования нестандартныхсинтетических приемов, особенно, когда речьидет о создании из наночастиц различных упорядоченных структур.

Иногда можно использоватьразличные методы «ручной» сборки, в которыхоператор с помощью некоторого устройства последовательно ловит наночастицы и переносит взаданные места (см. Нанопинцет, Оптическийпинцет, Сканирующая зондовая микроскопия).Но что делать, если речь идет о тысяче и дажемиллионе строго упорядоченных наночастиц? Ксожалению, универсальных подходов к решениюэтой проблемы пока не существует, однако в некоторых случаях задача становится вполне выполнима, если воспользоваться методом известным как наносферная литография (НЛ).Метод НЛ был предложен в 1981 г.

Фишером(Fisher) и Цингсхаймом (Zingsheim) и первоначально его называли «естественной литографией» (natural lithography). Суть НЛ заключается вформировании массивов упорядоченных наночастиц при помощи структур, образованных значительно более крупными коллоидными частицами, которые упорядочить гораздо проще.Схема метода НЛ приведена на рис. 1. На первом этапе близкие по размерам сферические коллоидные частицы (их средний размер может составлять от 200 нм до 1 мкм) «упаковывают» натребуемой подложке – как правило, на атомногладкой поверхности монокристаллическогокремния – в виде плотноупакованного монослоя(см.

Самосборка). Несмотря на то, что коллоидные сферы плотно прижаты одна к другой, монослой содержит систему эквидистантных пустоттреугольной формы (рис. 1а). На втором этапе намонослой напыляют тонкий слой требуемого вещества, как правило, толщиной < 100 нм, котороене проникает в области, «затененные» коллоидными частицами, и достигает подложки только воткрытых местах. В результате этой процедурына подложке возникает система упорядоченныхнаночастиц требуемого вещества, разделенныхРис. 1. Схема НЛ: а – монослой сферических коллоидных частиц, б – пустоты между частицамизаполнены требуемым веществом, в – упорядоченный массив наночастиц требуемого вещества,полученный в результате удаления исходных коллоидных сферАЗЗБУКБУКА ДДЛЛЯ ВВСЕСЕХ213Рис. 2. Упорядоченные наночастицы хрома на поверхности кремния (сканирующая электроннаямикроскопия (а)– шкала 1 мкм и атомно-силовая микроскопия (б)) (ФНМ МГУ им.

М.В. Ломоносова)коллоидными сферами (рис. 1б). На последнемэтапе коллоидные частицы удаляют путем растворения в соответствующем растворителе (рис. 1в).В качестве примера на рис. 2 представлены микроскопические изображения наночастиц хрома,полученных методом НЛ.К несомненным достоинствам НЛ относятсявозможность получения структурированных наночастиц практически любых материалов, исходно создавая упорядоченные системы из значительно более крупных микрочастиц, работатьс которыми проще; возможность покрытия наночастицами подложек любой площади. Оксидныенаночастицы можно синтезировать окислениемсоответствующих металлических наночастиц ватмосфере кислорода.

Впрочем, недостатки метода НЛ также очевидны – невозможно независимоварьировать размер наночастиц и расстояние между ними, создавать структуры отличной от гексагональной геометрии.С использованием метода НЛ можно получатьРис. 3. Упорядоченные Si наноколонны, угол обзора–не только двумерные, но и трехмерные структу45°, шкала– 1 мкм (ФНМ МГУ им. М.В. Ломоносова)ры. Действительно, если в методе НЛ системацы хрома на поверхности кремния) поместить вколлоидных сфер используется в качестве маскиагрессивную среду, то травление кремния начнетдля напыления на подложку требуемого вещепроисходить только в областях, «незащищенных»ства, то почему бы не использовать систему понаночастицами хрома, в результате чего можно булученных таким образом наночастиц в качестведет сформировать систему упорядоченных креммаски для травления самой подложки? Например,ниевых наноколонн (рис.

3).если структуру, показанную на рис. 2 (наночастиЛитература:1. Hulteen J.C., Van Duyne R.P. J. Vac. Sci. Technol. 1995. Vol. A 13(3). P. 1553−1558..