Формирование наночастиц Au в пленках SiO$_2$–TiO$_2$ методом локального электрохимического восстановления с помощью зонда атомно-силового микроскопа

Актуальность и цели. Цель настоящей работы - экспериментально исследовать особенности формирования наночастиц (НЧ) Au в пленках SiO$_2$–TiO$_2$ методом локального электрохимического восстановления с помощью зонда атомно-силового микроскопа (АСМ). Целью исследования также являлось установление режимов формирования НЧ Au, обеспечивающих контролируемое получение НЧ с заданными параметрами. Создаваемая научно-техническая продукция предназначена для применения в наноэлектронике, интегральной оптике, оптоэлектронике и плазмонике для создания новых наноэлектронных приборов на базе массивов металлических НЧ, встроенных в диэлектрические пленки металлических наноантенн произвольной формы, сопряженных с оптическими диэлектрическими волноводами на базе тонкопленочных структур и т.п. С этим связана актуальность проводимых исследований. Материалы и методы. Экспериментальное исследование процессов формирования индивидуальных НЧ Au в толще пленок SiO$_2$–TiO$_2$ выполнялось методом локального электрохимического восстановления ионов Au(III) при помощи зонда АСМ. Формирование НЧ Au в пленках SiO$_2$–TiO$_2$ осуществлялось с использованием АСМ SolverPro производства компании «Нанотехнология-МДТ» (Зеленоград, Россия) в контактном режиме. Использовались АСМ-кантилеверы из Si с Pt покрытием компании «Нанотехнология-МДТ» марки CSG-01. Перед формированием НЧ Au измерялись АСМ-изображения выбранного участка поверхности гелевых пленок z(x,y), где x, y - координаты острия АСМ-зонда в плоскости поверхности образца, z - высота поверхности в точке с координатами x, y. Кроме того, одновременно с АСМ-изображениями измерялись токовые изображения выбранных участков поверхности образца. Результаты. Исследованы процессы формирования НЧ Au в пленках геля SiO$_2$–TiO$_2$, содержащих ионы Au(III), осажденные на стеклянные подложки c подслоем ITO золь-гель-методом в ходе локального электрохимического восстановления ионов Au(III) при помощи проводящего АСМ-зонда. Показано, что после модификации гелевых пленок путем приложения импульсов положительного напряжения к АСМ-зонду относительно подслоя ITO на токовых изображениях модифицированных участков наблюдаются токовые каналы, связанные с формированием НЧ Au на границе раздела подслоя ITO и гелевой пленки в результате локального электрохимического восстановления ионов Au(III) в области под контактом АСМ-зонда к поверхности гелевой пленки. Установлено, что формирование НЧ Au проявляется также в появлении гистерезиса в циклической вольт-амперной характеристике контакта АСМ-зонда к поверхности гелевой пленки, измеренной в процессе формирования НЧ. Найдено, что при модификации гелевой пленки SiO$_2$–TiO$_2$ приложением импульса отрицательного напряжения к АСМ-зонду относительно подслоя ITO наблюдалось формирование тороидальных Au-наноструктур, связанное с электрохимическим восстановлением ионов Au(III) вблизи контакта АСМ-зонда с поверхностью гелевой пленки. Выводы. Результаты проведенных исследований планируются к использованию в дальнейшем при разработках методик контролируемого формирования металлических НЧ в тонких диэлектрических пленках с помощью АСМ.