Wissenschaftler des Moskauer Instituts für Physik und Technologie haben die optischen Eigenschaften ultradünner Goldfilme bestimmt und Daten aktualisiert, die sich seit 1972 nicht geändert haben.
Forscher des Moskauer Instituts für Physik und Technologie unter der Leitung von Valentin Volkov haben die optischen Konstanten ultradünner Goldfilme mit einer Dicke von 20 bis 200 Nanometern (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) genau gemessen. Solche Filme sind eines der Hauptelemente von mikro- und nanooptischen und optoelektronischen Bauelementen. Die Ergebnisse der Arbeit werden verwendet, um verschiedene Sensoren und fortschrittliche elektronische Geräte zu erstellen. Der entsprechende Artikel russischer Wissenschaftler führte die Top-Downloads auf der Optics Express-Website innerhalb eines Tages an.
Dünne Metallfilme werden heute häufig in kompakten chemischen und biologischen Sensoren, Lichtdetektoren, Solarzellen und Elementen optischer Computer verwendet. Das beste Material für sie und darauf basierende Nanostrukturen ist Gold - ein Metall mit extrem hoher elektrischer Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Um solche Nanogeräte mit bestimmten Parametern herzustellen, ist es jedoch erforderlich, ihre optischen Eigenschaften äußerst genau zu messen. In der Regel verwenden Forscher tabellarische Daten aus Werken, die vor fast einem halben Jahrhundert veröffentlicht wurden.
In dieser Zeit hat sich die Technik deutlich verändert - nicht nur die Messung, sondern auch die Herstellung von Filmen erfolgt unterschiedlich, was sich sowohl auf deren Eigenschaften als auch auf die Genauigkeit der Messungen auswirkt. Physiker des Moskauer Instituts für Physik und Technologie wählten die optimalen Anfangsbedingungen (Abscheidungsrate und Substrattemperatur) aus, um die besten optischen Eigenschaften für die gemessenen Filme zu erhalten.
Sie wurden auf einem gereinigten Siliziumsubstrat gezüchtet, das in einer Vakuumkammer angeordnet war. Ein Behälter mit einem Mikrofragment aus Gold wurde gegenübergestellt. Ein durch ein Magnetfeld beschleunigter Elektronenstrahl wurde darauf gerichtet. Mit seiner Hilfe wurde Gold geschmolzen und verdampft. Die Edelmetallmoleküle "prallten" auf das Substrat zu, setzten sich darauf ab und verfestigten sich. Diese Methode zur Gewinnung hochreiner und ultradünner Filme wird als Elektronenstrahlverdampfung bezeichnet.
Vorbereitung einer Probe (eines dünnen Goldfilms) für Messungen mit einem Spektralellipsometer. FOTO MIPT
Infolgedessen konnten die Autoren der Arbeit herausfinden, dass sich die optischen Eigenschaften dünner Goldfilme bis zu einer Dicke von bis zu 80 Nanometern bei einer Änderung der Dicke praktisch nicht ändern. Bei einer Dicke von weniger als 80 Nanometern steigt jedoch der optische Verlust sowie der Gleichstromwiderstand für Gold erheblich an. Diese Daten können verwendet werden, um noch dünnere Metallfilme zu entwerfen und herzustellen. Sie werden bei der Entwicklung grundlegend neuer optoelektronischer Bauelemente helfen, die in verschiedenen Bereichen gefragt sind. Solche 40 nm dicken Goldfilme werden bereits zur Herstellung hochempfindlicher Biosensoren verwendet.
IVAN ORTEGA
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