способ получения сверхгладких поверхностей

Формула изобретения

Способ получения сверхгладких поверхностей, включающий вакуумное напыление золотого слоя на подложку и его последующую обработку, отличающийся тем, что вакуумное напыление проводят на временную подложку, в качестве которой используют скол монокристалла бромида калия, после чего слой фиксируют эпоксидным клеем на подложке, а временную подложку удаляют растворением в дистиллированной воде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается вакуумного напыления и может быть использовано в наноэлектронике, сканирующей туннельной (СТМ) и атомно-силовой микроскопии. Такие поверхности могут применяться при получении и исследовании объектов с пониженной размерностью на атомном уровне.

Известен способ эпитаксиального выращивания поверхностей подобной гладкости. Он заключается в том, что в квазиравновесных условиях пленка растет моноатомными слоями. Этот способ требует индивидуального подбора технологии для каждой системы наносимое вещество-подложка, что можно осуществить только на специальном оборудовании. Кроме того, эта технология промышленно развита главным образом для полупроводниковых материалов.

Известен также "Способ и установка для осаждения и выравнивания покрытий". Он заключается в обработке покрытия ионной бомбардировкой с последующим прогревом токами высокой частоты. Такая обработка разрушает первоначальную структуру покрытия и приводит, скорее всего, к аморфной либо поликристаллической структуре. Однако, известный способ требует достаточно сложной аппаратуры и чистых газов, является дорогостоящим.

Известен способ получения гладкой золотой поверхности. Он заключается в вакуумном напылении золота с определенной скоростью на поверхность определенного сорта слюды. Однако слюда, используемая как подложка, часто имеет различные дефекты, которые отражаются на гладкости поверхности. Такой способ недостаточно надежен.

Известен способ выравнивания нанесенного распылением покрытия, наиболее близкий к предлагаемому изобретению по решению технической задачи и принятый в качестве прототипа. Он заключается в том, что нанесенное вакуумным напылением покрытие, выравнивается поверхностной диффузией, если его выдержать при повышенной температуре определенное время.

Недостатками исходного способа являются ограничение по возможным системам веществ (далеко не все вещества имеют необходимую адгезию друг к другу), возможность разрушения структуры поверхности либо повреждению ее при взаимодействии с остаточными газами в вакуумной системе за счет необходимости прогрева при высокой температуре.

Целью изобретения является расширение перечня химических соединений, из которых возможно получать такие поверхности, также получение сверхгладких поверхностей различной структуры и, кроме того, существенное упрощение технологии.

Цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в вакуумном напылении на подложку с последующей обработкой полученного образца, в соответствии с предложенным изобретением вакуумное напыление производит на исходно сверхгладкую поверхность, например скол монокристалла, а обработка заключается в фиксировании полученной пленки дополнительной подложкой, например из стекла, после чего первоначальную подложку смывают растворителем, а освобожденную поверхность используют как сверхгладкую.

Тем самым предлагаемся вместо выравнивания внешней поверхности образца использовать поверхность, образованную границей раздела напыленного слоя с подложкой.

Сущность предлагаемого способа основывается на том, что формирование приподложечного слоя пленки заканчивается при коалесценции отдельных островков. Его структура задается строением подложки, а далее она может смениться на ту, кристаллиты которой наиболее быстро растут. Предлагается использовать именно этот исходно гладкий слой. Кроме того, ориентация пленок будет задаваться подложкой.

Сущность предлагаемого способа поясняется примером его конкретной реализации в лаборатории физической электроники отдела ЭТТ НИИФ СПбГУ.

Для исследования на СТМ объектов атомных размеров понадобилось проводящие и устойчивые поверхности. В качестве материала поверхности было выбрано золото. Наиболее подходящий метод получения поверхностей достаточного размера это вакуумное напыление. Однако при вакуумном напылении золота на подложки при комнатной температуре поверхность получается холмистая и не обеспечивает достаточного разрешения наших объектов. Использование способов, известных из литературы /приведены выше/ не привело к достаточно надежным результатам. Мы воспользовались описанным способом. В качестве гладкой подложки был использован скол монокристалла KBr. Сколы, содержащие большое количество ступенек, зрительно отбраковывались. В вакууме около 10^-2 Па на это скол при комнатной температуре за несколько секунд напылялся с навески ан вольфрамовой проволоке, разогреваемой прямым накалом, слой золота около 1 мкм. Образцы вынимались на воздух и наклеивались напыленным слоем эпоксидным клеем ЭПО на дополнительную подложку, вырезанную из стекла /фотопластинка/. После застывания клея соль смывалась дистиллированной водой.

Как показали эксперименты на сканирующем туннельном микроскопе, полученная "реплика" скола монокристалла KBr являлась практически атомно-гладкой, кроме того, так как пленка была получена на ориентирующей подложке, являлась практически монокристальной, что подтверждает одна система Кикучилиний на электронограмме.

Были проведены эксперименты по применению таких поверхностей для создания и исследования структур нанометровых размеров в сканирующем туннельном микроскопе.

Изображения, полученные на сканирующем туннельном микроскопе, показывают степень гладкости исходной поверхности.

По сравнению с аналогами наш способ имеет следующие преимущества:

широкий диапазон режимов напыления;

возможность получения монокристальной поверхности;

возможность получения поверхностей с различным химическим составом;

для получения сверхгладкой поверхности достаточно оборудования для вакуумного напыления;

обработка образцов производится при атмосферном давлении.

С технико-экономической стороны главными достоинством предложенного изобретения являются простота реализации данного способа в условиях неспециализированной физической лаборатории, т.е. простота и малая стоимость необходимой аппаратуры и материалов.