Электронная микроскопия в исследовании различных этапов получения металлических наноструктур
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
евает умение работать с такими объектами и создавать из них более крупные, обладающие принципиально новой надмолекулярной организацией. Такие наноструктуры, построенные из первых принципов, с использованием атомно-молекулярных элементов, представляют собой мельчайшие объекты ,которые могут быть созданы искусственным путем - размерами они находятся между молекулярной и микроскопической (микронной) структурой [14] .
Широкий спектр наноструктур может классифицироваться по ряду признаков, - например, по размерности: здесь можно выделить объекты нуль-мерные - квантовые точки, одномерные - квантовые проволоки, двумерные, например, островки на поверхности.
К объектам нанотехнологии относятся как индивидуальные частицы, пленки, стержни или трубки ,так и консолидированные наноструктурные и нанопористые материалы вместе с нанокомпонентами и наноустройствами. Верхний предел указанного выше интервала размеров чисто условен, а нижний определяется размерами атомов и молекул [15] .
ТМ могут служить для получения одномерных микро- и наноструктур. Интерес к таким структурам, чрезвычайно возросший в последнее время, обуславливает и интерес к их получению.
2.2 Нанопроволоки и нанотрубки
Нанопроволоками называют проволоки диаметром несколько десятков и менее нанометров, изготовленные из металла, полупроводника или диэлектрика. Длина нанопроволок часто может превышать их диаметр в 1000 и более раз. Нанопроволоки часто называют одномерными структурами, а их чрезвычайно малый диаметр (около 100 размеров атома) даёт возможность проявляться различным квантово-механическим эффектам. Поэтому нанопроволоки иногда называют квантовыми проволоками.
Квази-одномерные нанопроволоки обладают уникальными электрическими, электронными, термоэлектрическими, оптическими, магнитными и химическими свойствами, которые отличаются от обычных материалов.
Физическая природа свойств нанопроволок зависят от их морфологии, диаметра, ширины запрещенной зоны, поверхностной плотности состояний и т.д.
Основные электронные устройства, такие как плоскостные диоды, транзисторы, полевых транзисторы и логические элементы цепи могут быть изготовлены с использованием полупроводниковых нанопроволок и в виде сверхрешетки из этих нанопроволок. Термоэлектрические системы охлаждения могут быть изготовлены с использованием металлических нанопроволок.
Полупроводниковые узлы из нанопроволок могут быть использованы для различных оптико-электронных устройств.
Металлические микро- и нанопроволоки используются в микроэлектронике в компьютерных технологиях как элементы записи магнитной информации, в химии в качестве холодных катодов, катализаторов, в оптических приложениях, масс-спектрометрии и пр. [16] .
Нанопроволоки также являются потенциальными кандидатами для био-медицинского применения [17] .
.3 Способы получения наноструктур
В природе нанопроволок не существует. В лабораториях их чаще всего получают методом эпитаксии (послойного наращивания), при этом кристаллизация вещества происходит только в одном направлении [18] .
В настоящей работе применяется метод гальванического электроосаждения, [19] для получения нанопроволок на основе трековых мембран. К несомненным преимуществам методов электрохимического нанесения вещества, относится, прежде всего, их достаточная простота, возможность синтеза как полимерных, так и металлических наноструктур в порах ТМ и возможность тонкого контроля процессов осаждения [20] .
Электрохимический синтез, по сути, является методом гальванического нанесения материала (обычно - металла) в поры. В этом случае первоначально наносится контактный слой, который в последующем процессе служит катодом. В качестве такого слоя использовался тонкий слой меди, нанесенный методом термического распыления в вакууме. Электролитическое заращивание каждой поры (ее заполнение материалом) при этом начинается от этого контактного слоя в конце поры, и продолжительность процесса определяет степень ее заполнения, т.е. длину нанопроволоки. Выбор электролита и режима процесса (напряжения, плотности тока и температуры), являются, по-видимому, ключевыми факторами процесса [21] .
Полученные нанопроволоки могут использоваться непосредственно в ростовой полимерной матрице, либо (чаще всего) после проведения электроосаждения матрица стравливается (для полимерной матрицы травителем обычно является щелочь).
3. Матричный синтез
С помощью ТМ можно получать самые разнообразные одномерные наноструктуры, применяя к ним технологию матричного синтеза (другие названия- шаблонный синтез, template synthesis), суть которого состоит в заполнении определенным материалом узких длинных пор в каком-либо пористом материале, называемом в этом случае матрицей или шаблоном (template). В качестве шаблона могут выступать, совершенно различные материалы: например, пористый кремний или биологические мембраны, слюда (после облучения ионами и последующего травления), пористый оксид алюминия. Поры в этих шаблонах заполняются различными способами, в частности металлом. Образовавшиеся при матричном синтезе структуры имеют форму нанопроволок (nanowires) или нанотрубок (nanotubules) по своей геометрической форме являются точным слепком, репликой соответствующего порового канала [22] .
В настоящее время наиболее распространенным видом матричного синтеза являются электрохимический способ заполнения пор в ТМ [23] .
Во многи