Темплат як інструмент групової нанотехнології

Розроблено методику формування темплату на основі фоточутливих нанокомпозиційних матеріялів в електрофотографічнім процесі. Просторова модуляція рельєфу поверхні та вбудованого в плівку заряду здійснюється методами оптичної голографії за допомогою експозиції світловим полем. Методами оптичної мікро...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:	2008
Автори:	Гринько, Д.О., Барабаш, Ю.М., Борщагівський, Є.Г., Заболотний, М.А., Куницька, Л.Ю., Литвин, О.C., Сперкач, С.О., Барабаш, М.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2008
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76018
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Темплат як інструмент групової нанотехнології / Д.О. Гринько, Ю.М. Барабаш, Є.Г. Борщагівський, М.А. Заболотний, Л.Ю. Куницька, О.C. Литвин, С.О.Сперкач, М.Ю.Барабаш // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 97-109. — Бібліогр.: 27 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859878076606840832
author	Гринько, Д.О. Барабаш, Ю.М. Борщагівський, Є.Г. Заболотний, М.А. Куницька, Л.Ю. Литвин, О.C. Сперкач, С.О. Барабаш, М.Ю.
author_facet	Гринько, Д.О. Барабаш, Ю.М. Борщагівський, Є.Г. Заболотний, М.А. Куницька, Л.Ю. Литвин, О.C. Сперкач, С.О. Барабаш, М.Ю.
citation_txt	Темплат як інструмент групової нанотехнології / Д.О. Гринько, Ю.М. Барабаш, Є.Г. Борщагівський, М.А. Заболотний, Л.Ю. Куницька, О.C. Литвин, С.О.Сперкач, М.Ю.Барабаш // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 97-109. — Бібліогр.: 27 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Розроблено методику формування темплату на основі фоточутливих нанокомпозиційних матеріялів в електрофотографічнім процесі. Просторова модуляція рельєфу поверхні та вбудованого в плівку заряду здійснюється методами оптичної голографії за допомогою експозиції світловим полем. Методами оптичної мікроскопії та сканівної силової мікроскопії показано, що формування нанокластерів золота при напорошенні на поверхню темплату у вакуумі відбувається лише у певних, просторово упорядкованих областях поверхні. Technique for photosensitive nanocomposite-template fabrication in electrophotographic process is elaborated. Spatial modulation of both the surface relief and the trapped charge is performed by optical-holography technique using exposure in a light field. As shown by atomic force microscopy and near-field optical microscopy, the nucleation of gold nanoclusters, which occurs during the deposition on template surface in a vacuum, takes place only in certain, spatially ordered areas of the surface. Разработана методика формирования темплата на основе фоточувствительных нанокомпозиционных материалов в электрофотографическом процессе. Пространственная модуляция рельефа поверхности и встроенного в пленку заряда осуществляется методом оптической голографии при помощи экспозиции световым полем. Методами оптической микроскопии и сканирующей силовой микроскопии показано, что формирование нанокластеров золота при напылении на поверхность темплата в вакууме происходит только в определенных, пространственно упорядоченных областях поверхности.
first_indexed	2025-12-07T15:51:37Z
format	Article
fulltext	97 PACS numbers: 07.79.Fc, 07.79.Lh, 68.37.Ps, 68.37.Uv, 81.07.Pr, 81.16.-c, 82.50.-m Темплат як інструмент групової нанотехнології Д. О. Гринько, Ю. М. Барабаш , Є. Г. Борщагівський, М. А. Заболотний , Л. Ю. Куницька , О. C. Литвин, С. О. Сперкач , М. Ю. Барабаш ** Інститут фізики напівпровідників НАН України, просп. Науки, 41, 03650, МСП, Київ-39, Україна Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, 03650, МСП, Київ-39, Україна Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, 01033 Київ, Україна Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Наумова, 17, 03164 Київ, Україна **Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, 04070 Київ, Україна Розроблено методику формування темплату на основі фоточутливих на- нокомпозиційних матеріялів в електрофотографічнім процесі. Просторо- ва модуляція рельєфу поверхні та вбудованого в плівку заряду здійсню- ється методами оптичної голографії за допомогою експозиції світловим полем. Методами оптичної мікроскопії та сканівної силової мікроскопії показано, що формування нанокластерів золота при напорошенні на по- верхню темплату у вакуумі відбувається лише у певних, просторово упо- рядкованих областях поверхні. Technique for photosensitive nanocomposite-template fabrication in electro- photographic process is elaborated. Spatial modulation of both the surface relief and the trapped charge is performed by optical-holography technique using exposure in a light field. As shown by atomic force microscopy and near-field optical microscopy, the nucleation of gold nanoclusters, which oc- curs during the deposition on template surface in a vacuum, takes place only in certain, spatially ordered areas of the surface. Разработана методика формирования темплата на основе фоточувстви- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2008, т. 6, № 1, сс. 97—109 © 2008 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 98 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. тельных нанокомпозиционных материалов в электрофотографическом процессе. Пространственная модуляция рельефа поверхности и встроен- ного в пленку заряда осуществляется методом оптической голографии при помощи экспозиции световым полем. Методами оптической микро- скопии и сканирующей силовой микроскопии показано, что формирова- ние нанокластеров золота при напылении на поверхность темплата в ва- кууме происходит только в определенных, пространственно упорядочен- ных областях поверхности. Ключові слова: темплат, електрет, оптична голографія, електрофотогра- фічний процес, атомове впорядкування, самоорганізація. (Отримано 28 грудня 2007 р.) 1. ВСТУП Проблема структурування матеріялів у наномасштабі, зокрема, ор- ганізація процесів упорядкування нанооб’єктів за допомогою темп- латів, є одним із основних напрямків розвитку нанотехнологій. Те- мплат є інструментом для організації у просторі та часі фізико- хімічних процесів структурування нанооб’єктів на поверхні мате- ріялів різної природи за рахунок ближньопольової взаємодії нано- об’єктів із структурою темплату. У молекулярній біології темплат розглядають як макромолеку- лярну модель для синтезу інших макромолекул. У наноінженерії темплатний синтез визначають як дизайн матеріялів визначеного розміру, форми та з певними хімічними властивостями поверхні [1]. Темплат можна розглядати [2, 3] як атрибут супрамолекуляр- ної хімії. На відміну від традиційної хімії, яка, маніпулюючи хімі- чними зв’язками із обмеженого набору елементів утворює нескін- ченний світ молекул, супрамолекулярна хімія використовує нева- лентні взаємодії для створення та організації супермолекулярних ансамблів із обмеженого набору молекул. В супрамолекулярній хі- мії визначними факторами є розмір та форма або просторова ком- плементарність молекул. Методи супрамолекулярної хімії дозво- ляють об’єднати координаційно-насичені молекули, які не вступи- ли у хімічну взаємодію, у нові хімічні об’єкти з новими фізичними та хімічними властивостями. Вважають [4], що закономірності структуроутворення зумовлені певною просторовою організацією атомів, молекул, наночастинок або структурних фрагментів як мінімум у масштабі нано- та мікро- розмірів завдяки надзвичайно складній ієрархічній організації вза- ємодій у відкритих системах. Тому одним із небагатьох ефективних способів створення нових матеріялів є використання темплатів – таких систем, які ініціюють формування структур із заданим типом упорядкування складових елементів. Вплив темплату на оточення ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 99 може досить ефективно відбуватися за рахунок різних міжатомних та міжмолекулярних взаємодій [5, 6], зокрема досить далекодіючих електростатичних. Наприклад, молекули ДНК використовувалися [5, 7] як темплат для формування нанониток срібла. Сорбція певних сполук срібла поверхнею самовпорядкованої структури із молекул ДНК дозволила сформувати структуру із нанониток діаметром 2, 5 та 10 нм, на основі яких було створено квантові одновимірні структури для сенсорів. Ефект сорбції ДНК на певних дефектах кристалічної структури тонких металевих плівок застосовували [8] для впорядку- вання. Потім одержана структура використовувалася як маска для літографії. Метод одержав назву «тіньова ДНК-нанолітографія». Трекові мембрани, які утворюються при опроміненні плівкових полімерних матеріялів високоенергетичними частинками, напри- клад у прискорювачах, мають канали діаметром порядку одиниць та десятків нанометрів. Такі мембрани використовують як нерегулярні темплати для формування нанодротів, нанотрубок та структур на їх основі [5]. Надзвичайно ефективним виявилося застосування треко- вих мембран для виготовлення мембранних фільтрів молекулярного розпізнавання. Порожнини треків оброблялися комплексоутворюва- чами, що модифікують поверхню внаслідок взаємодії із вільними ра- дикалами та фрагментами каналу. В результаті хімічного щеплення поверхня треку вкривається певними хімічними групами, які є ком- плементарними до заданих хімічних сполук. Такі мембрани виявля- ють високу селективність до певних сполук у водних розчинах. Плівки анодного оксиду алюмінію на поверхні алюмінію високої чистоти здатні створювати квазіперіодичні структури лунок при хімічному травленні у селективних розчинниках [5]. Товщина плі- вки анодного оксиду алюмінію і густина пор залежать від режимів попереднього хімічного та електрохімічного травлення плівки алюмінію. За оптимальних режимів травлення густина пор досяга- ла ∼ 1011 см −2. Система лунок може бути використана як маска для подальшої хімічної, плазмохімічної або електрохімічної обробки алюмінієвої підкладки. У 2004 р. компанія «Інфінон Текнолоджиз» повідомила [9] про розробку технології виготовлення масивів польових транзисторів, які використовують нанотрубку в якості електропровідного каналу довжиною 18 нм і діаметром 0,7—1,1 нм. Для виготовлення масивів транзисторів з густиною 1011 см −2 вико- ристовували темплат із оксиду алюмінію, в каналах якого розмі- щували каталізатор і вирощували вуглецеві нанотрубки. Іншою самоструктурованою речовиною є опал, що утворюється в результаті кристалізації колоїдних частинок на основі оксиду кре- мнію в щільноупаковані решітки [10, 11]. Наносфери діаметром 80—400 нм із полімерних матеріялів, що утворюють регулярну структуру на поверхні гідрофільної підкладки під дією капілярних сил, використовують як тіньову маску під час вакуумного напоро- 100 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. шення металу. В результаті на підкладці утворюється система ре- гулярно розташованих металевих острівців, яка використовується для побудови приладів наноплазмоніки. Тривимірні структури із полімерних наносфер, зібрані у щільноупаковані структури за до- помогою капілярних сил та зварені між собою при термічному від- палі у вакуумі [12] являють собою фотонно-кристалічні решітки. Наноімпрінтінг – це метод переносу рідини у канавках твердого темплату для формування масок. Компанія IBM анонсувала [13] те- хнологію наноімпрінтінгу для автопозиціювання окремих наночас- тинок у канавках темплату і переносу їх на підкладку. Технологія використовується для формування електролюмінесцентних джерел світла, сенсорів та транзисторів на основі окремих наночастинок, точно розміщених по відношенню до електродів. Формування високовпорядкованних масивів нанониток функціо- налізованого полімеру здійснювали шляхом витягування гребінчас- того темплату із розчину [14]. Нанонитки формувалися за рахунок капілярного стягування розчину функціоналізованого ДНК між віс- трями темплату. Масив упорядкованих одновимірних об’єктів вико- ристовували для побудови сенсорів. Створення тунельного та атомно-силового мікроскопів надало мо- жливість маніпулювати окремими атомами та наночастинками, бу- дувати з них упорядковані молекулярні структури. Ці методи дослі- дження надають великий обсяг різнобічної та найдетальнішої інфо- рмації щодо нанооб’єктів, але вони по суті є індивідуальними. Це обмежує їх практичне застосування у промисловому виробництві. Масове виробництво ґрунтується на використанні групових методів. Одним із таких методів у сучасних нанотехнологіях може бути орга- нізація процесів самовпорядкування нанооб’єктів за допомогою тем- платів, коли морфологія чи топологія поверхні темплату використо- вуються для формування заданих об’єктів. Такі темплати виступа- ють фактично у ролі маски. Їх формування та використання може досить ефективно реалізовуватися методами літографії. Аналіз механізмів невалентних взаємодій показує, що для фор- мування темплатів перспективним є використання електростатич- них взаємодій з огляду на їх далекодію та значні енергії взаємодії. Суттєвою перевагою електростатичних (або електретних) темплатів є те, що топологія розташування зарядів поблизу поверхні темпла- ту безпосередньо використовується для організації речовини на по- верхні темплату без формування масок. Другою перевагою можна вважати можливість просторової локалізації заряду в темплаті, яка, обмежується молекулярною (для високоомних фотопровідни- ків) або доменною (для сеґнетоелектриків) структурою. Отже, тонкі плівки фотопровідних матеріялів можна розглядати як середовище, а електрофотографічний процес – як інструмент для формування темплатів. Рельєфна та польова топології поверхні ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 101 темплату формуються в електрофотографічнім процесі за допомо- гою експозиції світловим полем [15, 16]. Розмір темплату становить кілька квадратних сантиметрів. Характерна просторова протяж- ність сформованих таким чином структур лежить в субмікронному діапазоні. Напруженість електричного поля на поверхні темплату складає 100 МВ/м. Локальні поля поверхні плівки компенсуються нанесенням органічних молекулярних сполук, наночастинок, ком- позитів органіка—неорганіка та біологічних об’єктів [17]. Топологі- чний мотив темплату викликає просторову організацію нано- об’єктів на його поверхні, яка контролюється сучасними оптични- ми методами [18, 19]. Метою роботи є розробка методики виготовлення темплатів на основі фоточутливих нанокомпозиційних органічних молекуляр- них матеріялів в електрофотографічнім процесі дослідження та їх фізичних властивостей. 2. МАТЕРІЯЛИ ТА МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Карбазолмісткі органічні молекулярні нанокомпозити є ефективни- ми фотопровідниками в електричних полях 30—100 МВ/м. Для цих нанокомпозитів із зниженням напруженості електричного поля їх фото- та електропровідність зменшується експоненційно [20, 21] і матеріяли набувають діелектричних властивостей. В наших експе- риментах висока фотопровідність тонкоплівкового матеріялу необ- хідна для формування просторового розподілу фотоструму у відпові- дності з інтенсивністю експонуючого світлового поля, яке задає то- пологію та розміри темплату. Важливим параметром є і час діелект- ричної релаксації захопленого в пастки заряду, який визначає мак- симальний термін між формуванням електретного стану плівки та осадженням функціоналізуючих сполук на поверхню темплату. Фотопровідний шар одержували спільною конденсацією на під- ложжі у вакуумі молекулярних пучків CdSe та 2,4,7-тринітро-9- флуоренону випаровуванням із комірок Кнудсена та продуктів моно- меру N-вінілкарбазолу, додатково збуджених електронним пучком з енергією 400 еВ та густиною струму 0,7 мА/см2 з використанням ме- тодик [22, 23]. В якості підкладок використовували скло із шаром електропровідного оксиду олова опором 20 Ом/кв. Склад нанокомпо- зитів оцінювали методом кварцового резонатора шляхом порівняння зміни резонансної частоти датчиків, розміщених у молекулярних пу- чках трьох компонентів. Одержаний фотопровідник, що містить 1,5% (мас.) CdSe та 0,3% (мас.) 2,4,7-тринітро-9-флуоренону, мав область спектральної чутливості 300−850 нм; голографічна чутливість при дифракційній ефективності 1% складала 100 м 2/Дж, полоса просто- рових частот 300—1000 лін/мм при товщині плівки 820 нм. 102 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. Зразок із плівкою нанокомпозиту розміщували поблизу аноду коронуючого пристрою в повітряній атмосфері. В результаті оса- дження іонів на поверхні плівки в темряві формували однорідно розподілений позитивний поверхневий заряд за методиками [24, 25]. Потенціал поверхні плівки при цьому становив 120 В. Формування локалізованого заряду в плівці нанокомпозиту здійс- нювали електрофотографічним методом [24, 25] при експозиції зразка голограмою за трипроменевою схемою. Автоматична реєстрація голо- грам на плівці нанокомпозиту включає три основні стадії (рис. 1). Розподіл інтенсивності у експонуючому світловому полі формує топологію темплату. Формування найпростішого світлового поля у Блок зарядки Датчик температури I II III Ï³äêëàäèíêà Áëîê íàãð³âó Êîíòðîëüíà ïàíåëü êåðóâàííÿ Áëîê æèâëåííÿ Áëîê âèì³ðþâàííÿ ïîòåíö³àëó Òàéìåð çàðÿäíîãî ïðèñòðîþ Òàéìåð åêñïîçèö³¿ Òàéìåð íàãð³âó (çàïèñ) Òàéìåð íàãð³âó (çòèðàííÿ) Ïðîâ³äíèé øàð Ïëåíêà ÏÏ Рис. 1. Схема запису голограми: I – підготовка до реєстрації голограми (рівномірна зарядка поверхні плівки в коронному розряді); II – експози- ція голограмою, під час якої відбувається модуляція поверхневої густини електростатичного заряду і створення електростатичного зображення на поверхні плівки в результаті фотоіндукованої провідності; III – прояв- лення голограми контрольованим швидким нагріванням плівки (моду- льоване електростатичне зображення перетворюється у рельєф поверхні плівки). ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 103 вигляді двовимірної решітки здійснюють за допомогою двох інтер- феруючих лазерних променів. Кут між променями визначає фазо- вий зсув і, отже, просторову частоту решітки. Змінюючи кількість лазерних променів, їх взаємне розташування у просторі та додатко- во модулюючи амплітудними або фазовими транспарантами можна створити світлове поле певного класу симетрії із наперед заданим розподілом інтенсивності. В наших експериментах для експозиції темплату використовували три лазерних променя, спрямованих на підкладку вздовж бічної поверхні правильного конуса із кутом при вершині 25°. При експозиції світлом плівки нанокомпозиту в електричному полі плоского конденсатора, утвореного електропровідною підклад- кою та поверхневим зарядом, відбувається фотоґенерація носіїв струму і виникає фотопровідність [25]. Густина струму фотопровід- ності виявляється модульованою інтенсивністю світлового поля, яким експонують поверхню плівки. В результаті протікання фотост- румів зменшується потенціал поверхні плівки. Після завершення експозиції на поверхні формується неоднорідний розподіл поверхне- вого заряду. Густину поверхневого заряду промодульовано експону- ючим світловим полем. Модульоване у просторі поле поверхневих зарядів здатне деформувати поверхню плівки при її розм’якшенні. Час формування рельєфу поверхні складав кілька секунд. Відтворю- ваність характеристик забезпечувалась автоматизацією процесу ре- єстрації голограми за допомогою керуючого модуля [26]. При протіканні фотострумів через плівку може відбуватися та- кож захоплення носіїв заряду на глибокі пастки і формування об’ємного локалізованого заряду, промодульованого експонуючим світловим полем. Ймовірність захоплення зарядів визначається гу- стиною та енергетичними характеристиками глибоких пасток, які в наших експериментах формувалися при осадженні нанокомпози- ту співконденсацією у вакуумі. Отже, в місцях опромінення плівки + + + +++++++++++++++++++++++ + + + 1 2 3 4 2 3 5 4 2 3 а б в Рис. 2. Схема формування на поверхні темплата системи впорядковано розта- шованих кластерів золота: а – експозиція голограмою зарядженої плівки фо- то-провідника; б – утворення захоплених зарядів при експозиції; в – адсорб- ція золота в пучностях електричного поля при напилені у вакуумі та утворенні кластерів; 1 – заряд на поверхні плівки; 2 – плівка фото-провідника; 3 – електропровідна підкладка; 4 – захоплений електричний заряд, просторово модульованийосвітленням;5– адсорбовані нанокластери. 104 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. можливе формування не тільки рельєфу (рельєфного темплату), а й захопленого заряду (електретного темплату) за схемою рис. 2. Гус- тина локалізованого електричного заряду виявляється модульова- ною пропорційно інтенсивності світлового поля у експонуючій го- лограмі і, отже, має ту саму топологію. В якості функціоналізуючого матеріялу для формування темплату шляхом нанесення на поверхню використовували золото, з огляду на високу поляризовність його атомів в електричному полі, стабільність в звичайних умовах, нескладність вакуумного напорошення та прос- тоту дослідження його найтонших осадів доступними методами. Напорошення золота виконували термічним методом при тиску залишкових газів р ∼ 10−2 Па випаровуванням із танталового човни- ка. Час збереження зразка у темряві між операціями формуванням електретного стану та конденсацією золота у вакуумі становив 3 до- би. Дослідження зразків проводили за схемою на просвіт на оптич- ному мікроскопі Біолам при збільшенні 800. Морфометрію поверх- ні досліджували на сканівному атомно-силовому мікроскопі (АСМ) NanоScope IIIa в періодичному контакті кремнієвим зондом із номі- нальним радіусом заокруглення вістря 10 нм. 3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Зображення поверхні темплату в оптичному мікроскопі наведено на рис. 3. Двовимірна просторово періодична структура сформована модульованим рельєфом поверхні плівки рис. 3, а являє собою то- пологію світлового поля експонуючої голограми. В результаті вакуумного термічного напорошення золота на повер- а б Рис. 3. Зображення зразків плівок у оптичному мікроскопі: а – рельєф поверхні; б – сорбовані на поверхні золоті частинки (темні області). Період структури близько 2 мкм. ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 105 хню темплату формується структура рис. 3, б, яка є системою просто- рово впорядкованих золотих острівців. Характерно, що золото кон- денсується у певних, чітко локалізованих областях, а не рівномірно розподіляється на поверхні. Слід було чекати, що при напилені золо- та на рельєфну поверхню, золото також буде конденсуватися на дні лунок, але це не відбулося. Порівняння рис. 3, а та 3, б дозволяє зро- бити висновок, що розташування та симетрія нанесених напорошен- ням нанокластерів золота задаються топологією світлового поля (го- лограми), яке було використане для формування темплату. Поверхня полімерного темплату має періодичний рельєф висо- тою біля 350 нм (рис. 4—5), тоді як темплату із шаром золота – 500 нм. Таким чином, можна приблизно визначити середні розміри зо- лотих острівців: діаметр становить 400—600 нм, висота – 150 нм. Із співставлення топології експонуючого світлового поля, яка в нашому експерименті візуалізується у вигляді профілю рельєфу по- верхні рис. 4, а та рис. 5, а, з топологією золотого осаду рис. 4, б та рис. 5, б, можна зробити висновок, що золоті острівці формуються виключно в областях максимальної інтенсивності світла, які відпові- дають максимальній напруженості локального поля захопленого за- ряду в області поверхні. Електричне поле із значним градієнтом на- пруженості локалізовано поблизу поверхні темплату в області розта- шування електричного заряду, захопленого в фотопровідній плівці під час експозиції світловим полем. В області лунок, де інтенсивність експонуючого світлового поля мала мінімум і захоплений заряд не утворився, золоті кластери не осаджуються (див. рис. 4, б і рис. 5, б). Напруженість електричного поля в цих областях оцінена із додат- а б Рис. 4. Тривимірне зображення рельєфу поверхні плівки, одержане мето- дом AСM: а – рельєф полімерної плівки після запису голограми; б – ре- льєф поверхні після нанесення золота на полімерну плівку а. Масштаб го- ризонтальний – 5 мкм/поділку, вертикальний– 1000 нм/поділку. 106 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. кових експериментів за методикою [15] шляхом співставлення диф- ракційних ефективностей синусоїдальних рельєфів, сформованих у полі поверхневого та локалізованого об’ємного зарядів. Середнє зна- чення потенціалу поверхні плівки в електретнім стані складало 6 В, а максимальний потенціал на її поверхні в припущенні синусоїдального розподілу досягав 12 В при товщині плівки 820 нм та періоді сформо- ваної структури 2,1 мкм. Діелектрична проникність нанокомпозиту оцінена як квадрат показника заломлення, типове значення якого для карбазолвмісних полімерів становить 1,4 [20]. Отже, напруженість електричного поля, локалізованого в товщині плівки, можна оцінити у 150 МВ/м, а поблизу її поверхні у 120 МВ/м. Використані для оцін- ки макроскопічні електростатичні уявлення не враховували атомарну будову центрів локалізації заряду, тому наведені дані є усередненими і можуть розглядатися як оцінка напруженості електричного поля зни- зу. Зазначені електричні поля порівнянні з внутрішньомолекулярни- ми і, безумовно, можуть викликати значні поляризаційні ефекти у атомів, молекул та нанокластерів широкого класу сполук. а б Рис. 5. Рельєф поверхні зразків полімерної плівки, одержаний методом ACM. а – рельєф полімерної плівки після запису голограми; б – рель- єф поверхні після нанесення золота на полімерну плівку. ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 107 Можна припустити, що механізмом самовпорядкування золота під час термічного напорошення у вакуумі на поверхню темплату є рух атомів та кластерів молекулярного пучка золота в локальному елект- ричному полі поблизу поверхні, тобто електрокінетичний ефект [27]. Виникнення у атомів золота дипольних моментів та відповідних сил, які втягують атоми та наночастинки в області ґрадієнту електричного поля темплату під час напорошення сприяє транспорту атомів золота до областей поверхні де локалізовано заряд, в яких і відбуваються яви- ща формування кластерів із пари. Слід зазначити, що електрокінетичні явища спостерігаються як у вакуумі, так і в газах, рідинах, колоїдних розчинах та розплавах. В цих явищах можуть приймати участь як заряджені частинки (іо- ни, кластери органічних сполук), електронейтральні частинки із статичним дипольним моментом (наприклад молекули органічних барвників, нейтральні кластери асиметричної будови), так і елект- ронейтральні поляризовані зовнішнім електричним полем частин- ки (атоми металів, молекули органічних та неорганічних сполук, фуллерени, нанотрубки). Транспорт зарядженої або поляризованої частинки буде відбуватися у напрямку градієнту електричного по- ля за відсутністю умов подолання частинкою потенціальної ями локалізованого заряду, при розсіянні молекулярного пучка, дифу- зії, міграції, теплових флуктуаціях. Тобто, функціоналізацію тем- плату можна проводити дуже широким колом неорганічних та ор- ганічних сполук у вакуумі, газовій або рідкій фазі. У даному експерименті об’єм та розміри осаджених нанокласте- рів золота визначалися кількістю конденсованого на поверхні тем- плату золота, яка може варіюватися в межах від адсорбованого ша- ру до кількох мікронів. Найменший період сформованої голографічним методом струк- тури становить чверть довжини хвилі при зустрічному розповсю- дженні лазерних променів. Отже, у випадку використання лазерів, що випромінюють у короткохвильовій видимій та ближній ультра- фіолетовій області, можливо одержати на поверхні темплату струк- тури із періодом 80—100 нм. Напруженість електричного поля зрос- татиме пропорційно, що може викликати необхідність проводити процес осадження функціоналізуючої речовини виключно у вакуу- мі. Суттєва просторова нелінійність явищ формування локалізова- ного заряду та електрокінетичного транспорту може дозволити ще на порядок зменшити характерний розмір функціоналізованих об- ластей на поверхні темплату за оптимальних умов та методик їх ви- готовлення. 4. ВИСНОВКИ Запропоновано новий підхід до формування електретних темплатів у 108 Д. О. ГРИНЬКО, Ю. М. БАРАБАШ, Є. Г. БОРЩАГІВСЬКИЙ та ін. електрофотографічнім процесі та сформовано такий темплат площею ∼ 1 см 2 періодом біля 2 мкм електрофотографічним методом при екс- позиції плівки нанокомпозитного фотопровідника голограмою. Показано, що розташування та симетрія осаджених на поверхню електретного темплату нанокластерів золота, одержаних напоро- шенням у вакуумі, задаються топологією світлового поля гологра- ми, яке використане для формування темплату. Запропоновано механізм самовпорядкування під час термічного напорошення у вакуумі на поверхню темплату, що полягає у елект- рокінетичному русі атомів або кластерів молекулярного пучка в локальному електричному полі поблизу поверхні та їх адсорбції на поверхні плівки із утворенням твердої фази. Напруженість елект- ричного поля в областях осадження на поверхні темплату складала 120 МВ/м. На поверхню темплату можливе осадження широкого кола органічних та неорганічних сполук у вакуумі, із газової та рі- дкої фаз. Роздільна здатність такого методу виготовлення темпла- тів обмежується чвертю довжини хвилі експонуючого лазерного випромінювання. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. W. A. Goddard, D. W. Вrenner, S. E. Lyshevski, and G. J. Iafrate, Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology (London—New York—Washington, D.C.: Boca-Raton: 2003). 2. Д. В. Солдатов, И. С. Теренова, Журнал структурной химии, 46: 5 (2005). 3. D. V. Soldatov, Encyclopaedia of Supramolecular Chemistry (Eds. J. L. Atwood and J. W. Steed) (New York: Marcel Dekker: 2004), р. 1302. 4. Ю. Д. Третьяков, Красная книга микроструктур новых функциональных материалов (Москва: МГУ им. М. В. Ломоносова: 2006). 5. H. S. Nalwa, Encyclopaedia of Nanoscience and Nanotechnology (2004), vol. X, p. 1. 6. П. Г. Костюк, Біофізика (Київ: Обереги: 2001). 7. Jin Hyung, Kim Yonghan, and Roh Byungyou Hong, J. of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces and Films, 24, Iss. 4: 1327 (2006). 8. A. T. Woolley, DNA Shadow Nanolithography: Small, 3, No. 9: 1534 (2007). 9. Э. Г. Раков, Нанотрубки и фуллерены (Москва: Логос: 2006). 10. В. Ю. Первак, А. П. Шпак, Ю. О. Первак, Л. Ю. Куницька, Фізика фотон- них кристалів (Київ: Академперіодика: 2007). 11. A. Blaadren, R. Ruel, and P. Wiltzius, Nature, 385: 321 (1997). 12. С. А. Бондаренко, Ю. Д. Третьяков, Синтез фотонных кристаллов на основе латексных микросфер. Химия твердого тела и современные микро и нано- технологии (Кисловодск—Ставрополь: Севкавгту: 2006). 13. http://www.physorg.com/news107775692.html 14. J. Guan, B. Yu, and J. Lee, Advanced Materials, 19: 1212 (2007). 15 Ю. М. Барабаш, Д. А. Гринько, М. А. Заболотный, Н. Г. Находкин и др., Голографический способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств фототермопластических материалов на основе полимерных по- ТЕМПЛАТ ЯК ІНСТРУМЕНТ ГРУПОВОЇ НАНОТЕХНОЛОГІЇ 109 лупроводников (Авт. св. СССР №1089549 от 3.01.1984 г.). 16. М. Ю. Баженов, Ю. М. Барабаш, М. А. Заболотный, В. С. Сологуб, Способ регистрации оптической информации на пленках полимерных полупро- водников (Авт. св. СССР №1529976 от 15.09.1989 г.). 17. A. V. Goncharenko, D. A. Grynko, K. P. Grytsenko, and V. Z. Lozovsky, J. of Nanosci. and Nanotechnol., 5: 1 (2005). 18. E. G. Bortchagovsky, J. Appl. Phys., 95: 5192 (2004). 19. E. G. Bortchagovsky, J. Heimel, H. Fuchs, and U. C. Fischer, J. Korean Phys. Soc., 47: S48 (2005). 20. И. А. Акимов, Ю. А. Черкасов, М. И. Черкашин, Сенсибилизированный фотоэффект (Москва: Наука: 1980). 21. Е. Л. Александрова, Физика и техника полупроводников, 38, 10: 1153 (2004). 22. Д. О. Гринько, В. В. Курдюков, О. О. Мужичок, Оптоэлектроника и полу- проводниковая техника, 40: 195 (2005). 23. А. Л. Кукла, Д. А. Гринько, А. С. Павлюченко, В. А. Котляр, Ю. М. Бара- баш, Оптоэлектроника и полупроводниковая техника, 40: 127 (2005). 24. Ю. П. Гущо Фазовая рельефография (Москва: Энергия: 1974). 25. С. Г. Гренишин, Электрофотографический процесс (Москва: Наука: 1970). 26. Y. Barabash, M. Zabolotny, V. Kharkianen, and N. Sokolov, Semiconductors physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 5, No. 3: 58 (2002). 27. А. П. Шпак, П. Г. Черемской, Ю. А. Куницкий, О. В. Соболь, Кластерные и наноструктурные материалы (Киев: Академпериодика: 2005), т. 3.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76018
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T15:51:37Z
publishDate	2008
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Гринько, Д.О. Барабаш, Ю.М. Борщагівський, Є.Г. Заболотний, М.А. Куницька, Л.Ю. Литвин, О.C. Сперкач, С.О. Барабаш, М.Ю. 2015-02-07T12:59:36Z 2015-02-07T12:59:36Z 2008 Темплат як інструмент групової нанотехнології / Д.О. Гринько, Ю.М. Барабаш, Є.Г. Борщагівський, М.А. Заболотний, Л.Ю. Куницька, О.C. Литвин, С.О.Сперкач, М.Ю.Барабаш // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 97-109. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 07.79.Fc,07.79.Lh,68.37.Ps,68.37.Uv,81.07.Pr,81.16.-c,82.50.-m https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76018 Розроблено методику формування темплату на основі фоточутливих нанокомпозиційних матеріялів в електрофотографічнім процесі. Просторова модуляція рельєфу поверхні та вбудованого в плівку заряду здійснюється методами оптичної голографії за допомогою експозиції світловим полем. Методами оптичної мікроскопії та сканівної силової мікроскопії показано, що формування нанокластерів золота при напорошенні на поверхню темплату у вакуумі відбувається лише у певних, просторово упорядкованих областях поверхні. Technique for photosensitive nanocomposite-template fabrication in electrophotographic process is elaborated. Spatial modulation of both the surface relief and the trapped charge is performed by optical-holography technique using exposure in a light field. As shown by atomic force microscopy and near-field optical microscopy, the nucleation of gold nanoclusters, which occurs during the deposition on template surface in a vacuum, takes place only in certain, spatially ordered areas of the surface. Разработана методика формирования темплата на основе фоточувствительных нанокомпозиционных материалов в электрофотографическом процессе. Пространственная модуляция рельефа поверхности и встроенного в пленку заряда осуществляется методом оптической голографии при помощи экспозиции световым полем. Методами оптической микроскопии и сканирующей силовой микроскопии показано, что формирование нанокластеров золота при напылении на поверхность темплата в вакууме происходит только в определенных, пространственно упорядоченных областях поверхности. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Темплат як інструмент групової нанотехнології Template as Instrument for Group Nanotechnology Article published earlier
spellingShingle	Темплат як інструмент групової нанотехнології Гринько, Д.О. Барабаш, Ю.М. Борщагівський, Є.Г. Заболотний, М.А. Куницька, Л.Ю. Литвин, О.C. Сперкач, С.О. Барабаш, М.Ю.
title	Темплат як інструмент групової нанотехнології
title_alt	Template as Instrument for Group Nanotechnology
title_full	Темплат як інструмент групової нанотехнології
title_fullStr	Темплат як інструмент групової нанотехнології
title_full_unstemmed	Темплат як інструмент групової нанотехнології
title_short	Темплат як інструмент групової нанотехнології
title_sort	темплат як інструмент групової нанотехнології
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76018
work_keys_str_mv	AT grinʹkodo templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT barabašûm templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT borŝagívsʹkiiêg templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT zabolotniima templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT kunicʹkalû templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT litvinoc templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT sperkačso templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT barabašmû templatâkínstrumentgrupovoínanotehnologíí AT grinʹkodo templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT barabašûm templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT borŝagívsʹkiiêg templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT zabolotniima templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT kunicʹkalû templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT litvinoc templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT sperkačso templateasinstrumentforgroupnanotechnology AT barabašmû templateasinstrumentforgroupnanotechnology

Темплат як інструмент групової нанотехнології

Репозитарії

Схожі ресурси