Формирование ультрагладких сверхтонких монокристаллических пленок металлов для устройств нанофотоники электронно-лучевым испарением в вакууме тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Бабурин Александр Сергеевич

• Бабурин Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Бабурин Александр Сергеевич

Введение

Глава 1. Обзор основных плазмонных устройств и применяемых материалов

1.1. Требования к плазмонным материалам

1.2. Типы плазмонных устройств

1.2.1. Устройства на основе локализованного плазмонного резонанса

1.2.2. Устройства на основе поверхностного плазмонного резонанса

1.2.3. Метаматериалы и устройства преобразующей оптики

1.2.4. Требования к пленкам для плазмонных устройств

1.3. Методики измерения свойств пленок

1.3.1. Измерение шероховатости и рельефа поверхности пленок

1.3.2. Измерение структуры пленок

1.3.3. Измерение оптических и плазмонных свойств пленок

1.3.4. Требования к методикам измерения

1.4. Методы осаждения тонких пленок серебра

1.4.1. Резистивный метод испарения

1.4.2. Электронно-лучевое испарение

1.4.3. Молекулярно-лучевая эпитаксия

1.4.4. Магнетронное распыление

1.4.5. Химическое осаждение в вакууме

1.4.6. Методы химического осаждения из жидкости

1.4.7. Требования к пленкам серебра для плазмоники

1.5. Выводы по Главе

Глава 2. Физико-химические аспекты управления структурой серебряных тонких пленок и разработка оборудования для их формирования

2.1. Исследование механизмов роста тонких пленок серебра на различных подложках

2.1.1. Энергетический подход к описанию роста пленки

2.1.2. Кинетический подход к описанию роста пленки

2.1.3. Метод островков для описания роста пленки

2.1.4. Модель электронного роста пленки

2.1.5. Выводы по механизмам роста

2.2. Требования, предъявляемые к пленкам плазмонных устройств и процессам их осаждения

2.3. Требования к оборудованию для осаждения пленок

2.4. Разработка установки электронно-лучевого испарения

2.5. Измерительное оборудование

2.5.1. Измерение толщины, рельефа и шероховатости поверхности пленок

2.5.2. Характеризация структуры пленки

2.5.3. Измерение оптических и плазмонных свойств пленки

2.6. Выводы по Главе

Глава 3. Разработка методики формирования монокристаллических тонких пленок серебра

3.1. Эксперименты по одностадийному формированию

монокристаллических тонких пленок серебра

3.1.1. Влияние температуры подложки на структуру и сплошность серебряных пленок

3.1.2. Выбор диапазона температур осаждения серебряных пленок

3.1.3. Математическая модель для определения размера кристаллита серебряной пленок в зависимости от параметров осаждения

3.1.4. Параметры полученных в различных режимах осаждения серебряных пленок

3.2. Исследование начальных стадий роста пленок серебра

3.2.1. Осаждение пленок серебра малых толщин

3.2.2. Исследование влияния изменения скорости осаждения на начальной стадии роста пленок серебра

3.2.3. Исследование влияния режимов ионной обработки на рост начальных стадий пленки серебра

3.3. Эксперименты по двухстадийному формированию

монокристаллической тонкой пленки серебра

3.3.1. Описание механизмов роста серебряной пленки при двухстадийном осаждении

3.3.2. Выбор параметров осаждения начального слоя

3.3.3. Выбор параметров осаждения второго слоя

3.4. Измерение пленок, получаемых по разработанной методике

3.5. Повторяемость технологии для серебряных пленок и результаты, полученные для других металлов

3.6. Изготовление однофотонного источника

3.7. Выводы по Главе

Глава 4. Технология формирования пленок серебра на

несогласованных подложках для плазмонных применений

4.1. Нанокристаллические пленки и устройства на их основе

4.1.1. Осаждение пленки серебра на подложку пониженной температуры

4.1.2. Осаждение пленки серебра с использованием подслоя и ионного ассистирования

4.1.3. Изготовление плазмонного волновода

4.2. Поликристаллические пленки серебра с высоким аспектным отношением и устройства на их основе

4.2.1. Метод самокристаллизации тонкой пленки

4.2.2. Изготовление источника света

4.3. Выводы по Главе

Основные результаты и выводы

Список литературы

Введение

В настоящее время во многих странах ведется широкий спектр исследований плазмонных эффектов, которые могут быть использованы в различных областях техники. Благодаря развитию методов создания наноразмерных объектов появилось целое семейство новых плазмонных устройств. Возможности нанофокусировки и передачи данных со скоростью света позволяют реализовать новое поколение вычислительных устройств, объединяющих в себе преимущества полупроводниковой электроники и фотоники. Плазмонные эффекты используются в метаматериалах [1-3], преобразующей оптике [4-6], позволяют реализовывать устройства с беспрецедентными функциональными возможностями, такими как: волноводы субмикрометровых размеров [7-13], нанокогерентные источники света [16-18], сенсоры [19-23].

Одним из основных применений плазмонных устройств может стать создание вычислительных устройств на их основе или с их использованием. Скорость обработки информации в вычислительных устройствах постоянно увеличивается на протяжении последнего десятилетий. Улучшение технологии создания полупроводниковых устройств позволяет все больше и больше уменьшать определяющие элементы. На конец 2017-го года ведущие мировые компании выпускали устройства по 10-нм КМОП-техпроцессу. Однако, уже на данных масштабах размеров исследователи испытывают серьезные трудности в достижении возможности оперирования сигналами частотой несколько десятков ГГц из-за фундаментальных ограничений от RC-задержек и рассеивания мощности в устройствах.

Альтернативные подходы к разработке вычислительных устройств включают в себя: или переход на другую - квантовую логику вычисления, или на другой носитель информации - свет, вместо электрического сигнала. Квантовая логика может позволить решить задачи недоступные даже самым мощным нынешним

суперкомпьютерам за счет параллельных вычислений. Но для повседневных задач принцип вычисления на стандартной цифровой логике («0»/«1») остается приоритетным. Кроме того, для реализации квантовых вычислений необходимы особые условия: высокий вакуум и сверхнизкие температуры: десятки миликельвинов, что делает устройства менее универсальными.

Устройства для передачи информации на световых принципах уже прочно заняли место в повседневной жизни: ярким примером этого служат оптоволоконные кабели для передачи данных в сети Интернет. Данный вид связи позволяет оперировать с терагерцовыми частотами на макроуровне. Для микроуровня отдельное микроволокно также уже позволяет проводить передачу данных между чипами (Рис. 1).

Рис. 1. Пример фотонного соединения чипов Однако обычные фотонные элементы, такие как оптические волокна, требуют физических размеров порядка длины волны свет (около микрометра) из-за дифракционных ограничений. Разница в физическом размере между полупроводниковыми элементами нанометрового размера и фотонными элементами микрометрового масштаба делает несовместимыми эти два типа устройств. Плазмоника объединяет высокую пропускную способность, предлагаемую фотоникой, и наномасштабную интеграцию, обеспечиваемую наноэлектроникой, путем связывания энергии фотона с газом свободных электронов, что создает субволновой колебательный режим, известный как плазмон [1]. Наноплазмоника может расширить возможности современных систем обработки информации (Рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма рабочих частот и размеров устройств, работающих на разных физических принципах

Кроме возможности управления светом в наномасштабах, использование плазмонных волноводов имеет дополнительное преимущество над фотонными. Оно заключается в возможности использования пересечения волноводов для обеспечения большей плотности упаковки многопроцессорных устройств, что объясняется гораздо более слабым взаимодействием плазмонов друг с другом по сравнению с фотонами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование ультрагладких сверхтонких монокристаллических пленок металлов для устройств нанофотоники электронно-лучевым испарением в вакууме»

Актуальность диссертационной работы

Скорость обработки информации в вычислительных устройствах постоянно увеличивается на протяжении последних десятилетий вследствие улучшения технологии создания полупроводниковых устройств, что позволяет уменьшить критический размер элементов. В настоящее время ведущие мировые компании выпускают устройства по 10-нм КМОП-техпроцессу. Однако, уже при таких размерах элементов появляются серьезные трудности в достижении частоты работы устройств (нескольких десятков ГГц) из-за фундаментальных ограничений от RC-задержек и рассеивания мощности. Фундаментальное ограничение на размер вычислительного устройства определяется его геометрическим размером и скоростью распространения сигнала.

Альтернативные подходы к разработке вычислительных устройств включают в себя или переход на другую, квантовую, логику вычисления, или

на другой носитель информации - свет вместо электрического сигнала. Использование устройств для передачи информации в виде света позволяет оперировать с терагерцовыми частотами на уровне элементов микронных размеров. Это позволяет реализовать наиболее эффективный в настоящее время способ повышения быстродействия и производительности вычислительных систем - использовать многопроцессорную архитектуру и оптическую связь между процессорами.

Для объединения высокой пропускной способности, предлагаемой фотоникой, и наномасштабной интеграции, предлагаемой наноэлектроникой, возможно использовать плазмонные волноводы в качестве межпроцессорных соединений. Это становится возможным благодаря эффекту распространения плазмона. При связывании энергии фотона со свободными электронами металла создается субволновой колебательный режим, известный как плазмон. Кроме возможности обеспечения управлением светом в наномасштабах, использование плазмонных волноводов имеет дополнительное преимущество. Оно заключается в возможности использования пересечения волноводов для обеспечения большей плотности упаковки. Это объясняется гораздо более слабым взаимодействием плазмонов друг с другом по сравнению с фотонами.

Другим важнейшим устройством, основанным на эффектах наноплазмоники, является наноразмерный когерентный источник поверхностных плазмон-поляритонов. Он может быть использован для компенсации потерь при распространении плазмона, сверхчувствительного детектирования и спектроскопии, одномолекулярной флуоресценции чувствительности, связывания света с волноводом.

Кроме того, плазмонные эффекты используются для достижения требуемых свойств однофотонных источников, которые являются неотъемлемой частью устройств квантовой криптографии и оптических квантовых вычислений.

Состояние проблемы

Большой вклад в изучение плазмонных эффектов внесли фундаментальные работы С. А. Майера, А. П. Виноградова, А. А. Лисянского, А. В. Кильдишева и В. М. Шалаева. Вопросы разработки технологии формирования плазмонных пленок и устройств отражены в статьях и научных трудах Д. Норриса, А. Лавриненко. Большой вклад в изучении эффектов генерации света на наноуровне внесли В. Шалаева и В. И. Балыкин. Изучению распространения плазмона в волноводных структурах посвящены работы С. Божевольного, А. Заяца и многих других исследователей. В настоящее время в мире ведутся активные работы по созданию волноводов, источников света и сенсоров на основе плазмонных эффектов.

Целый ряд исследований посвящен нахождению наилучшего материала для плазмонных применений, в т.ч. альтернативных материалов с низкими потерями, таких как: нитриды, оксиды, полупроводники 11-У1 группы, высоколегированные полупроводники и двумерные материалы. Однако, в настоящее время есть необходимость в продолжении поиска материалов тонкопленочных покрытий и методов их нанесения, наиболее пригодных для использования в различных изделиях нанофотоники, использующих плазмонные эффекты.

Поэтому, целью работы является создание научных основ выбора материалов и формирования из них тонкопленочных покрытий для устройств нанофотоники.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать материалы тонких пленок, методы их нанесения, получаемые структуры и выбрать наиболее пригодные для использования в устройствах нанофотоники, основанных на плазмонных эффектах.

2. Разработать технологическое оборудование, позволяющее наносить ультрагладкие и сверхтонкие монокристаллические пленки металлов, и позволяющее определять влияние режимов осаждения на структуру и свойства тонких пленок.

3. Исследовать механизмы роста монокристаллических тонких пленок и выявить наиболее значимые параметры, влияющие на их структуру и свойства.

4. Разработать технологию формирования монокристаллических пленок металлов и выбрать аналитическое оборудование для их исследования.

5. Изготовить опытные образцы устройств нанофотоники с использованием тонкопленочных покрытий, осажденных по разработанной технологии.

Научная новизна работы

1. Решена проблема несмачиваемости при осаждении металлических тонких пленок на подложки при повышенной температуре, что позволило обеспечить возможность формирования сплошных монокристаллических пленок малой толщины.

2. Разработаны рекомендации по использованию механизма энерго-массопереноса для управления структурой пленок для применений в устройствах нанофотоники.

3. Экспериментально подтверждено, что монокристаллические серебряные пленки позволяют улучшить возможности современных устройств нанофотоники.

4. Впервые для метода электронно-лучевого испарения получены зависимости параметров кристаллической структуры пленки от режимов отжига после осаждения ее на подложку при криогенной температуре.

5. Экспериментально подтверждено, что использование отожжённых поликристаллических серебряных пленок позволяет улучшить возможности современных нанокогерентных источников света.

Практическая значимость 1. В результате анализа существующих методов формирования тонких пленок металлов, разработана лабораторная установка, позволяющая получать металлические пленки с различной структурой, удовлетворяющих потребности подавляющего большинства современных устройств нанофотоники.

2. Разработаны технологические процессы формирования металлических пленок с различной структурой и изготовлены опытные образцы устройств с разработанными тонкопленочными покрытиями: нанокогерентный и однофотонный источники света, волновод.

Результаты внедрения

Материалы диссертационной работы и полученные результаты использованы в учебном процессе кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Разработанные методики и режимы работы технологического оборудования внедрены в НИР и ОКР, проводимые ФГУП ВНИИА.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе кроме теории роста тонких пленок в вакууме, были проведены экспериментальные исследования, выполненные по плану полного факторного эксперимента. Результаты экспериментальных исследований обработаны методами дисперсионного анализа. Необходимость использования многофакторного эксперимента объясняется сложными конкурирующими процессами, происходящими при росте пленке, которые не поддаются в полной мере аналитическому описанию. Для анализа полученных пленок применялся широкий перечень метрологического оборудования, позволяющий оценить и измерить их поверхность, структуру, химический состав, оптические и электрические свойства.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных научных результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена использованием современного аттестованного метрологического оборудования. Подтверждена результатами проведенных экспериментальных исследований и результатами внедрения разработанных методик и режимов работы технологического оборудования в НИР и ОКР, проводимых ФГУП ВНИИА. Полученные результаты достоверно демонстрируют эффективность разработанных

технологий осаждения серебряных пленок для изделий, функционирующих в фотонном режиме, позволяют повысить добротность устройств и длину распространения плазмонной волны.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Сплошные монокристаллические пленки толщиной менее 40 нм можно получать методом электронно-лучевого испарения при использовании двухстадийного технологического процесса, который позволяет преодолеть проблему несмачивания.

2. Поликристаллические пленки серебра с высоким аспектным отношением (более 3 к 1) можно получать на аморфных подложках при определенных режимах нагрева после их нанесения на подложку при криогенной температуре.

3. На структуру формируемых металлических пленок для применения в нанофотонных устройствах наибольшее влияние оказывают следующие режимы осаждения: температура подложки при осаждении, скорость осаждения, скорость нагрева и время при дополнительном отжиге.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XX и XXI научно-технических конференциях «Высокие технологии в промышленности России», 17-ой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН, 2-ом Международном форуме по электроннолучевым технологиям для микроэлектроники - «Техноюнити - ЭЛТМ 2017», конференции «Days of Diffraction» 2017 в Санкт-Петербурге, IV летней школе «Photonics meets Biology», конференции PIERS 2017 в Санкт-Петербурге, конференции Applied Nanotechnology and Nanoscience International Conference 2017 в Риме, конференции SPIE 2017 в Сан Диего и SPIE 2018 Europe в Страсбурге.

Публикации

По материалам и основному содержанию работы опубликовано более 20 научных работ в научно-технических журналах и трудах конференций, из них

11 в научно-технических журналах, рецензируемых Web of Science и Scopus, и 2 научных работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад

Установка электронно-лучевого испарения спроектирована, отлажена и запущена в работу непосредственно автором. Расчетные и экспериментальные данные, получены автором лично или с его непосредственным определяющим участием. Автором разработаны математические модели зависимости размера кристаллита от параметров осаждения и зависимости размера кристаллита от параметров отжига. Автор принимал непосредственное участие в измерениях параметров пленок, а также в разработке маршрутов и изготовлении устройств.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 128 страницах, включая 95 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 106 наименований.

Благодарность

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю - профессору, д-ру техн. наук Панфилову Юрию Васильевичу - за советы и ценные замечания в работе над диссертацией.

Искреннюю благодарность автор выражает всему коллективу кафедры «Электронные технологии в машиностроении» за своевременные наставления, помощь в анализе результатов и поддержку, в особенности доценту, канд. техн. наук Панфиловой Екатерине Вадимовне и ассистенту, канд. техн. наук Сидоровой Светлане Владимировне.

Особую благодарность автор выражает своим соавторам и всему коллективу НОЦ «Функциональные Микро/ и Наносистемы», в особенности директору, канд. техн. наук Родионову Илье Анатольевичу и начальнику лаборатории, канд. техн. наук Рыжикову Илье Анатольевичу без вклада которых в создание уникального опытного производства НОЦа, а также без совместной работы и обсуждения результатов с которыми данная работа не могла бы состояться.

Также автор выражает благодарность за огромную поддержку своей семье.

Глава 1. Обзор основных плазмонных устройств и применяемых материалов

1.1. Требования к плазмонным материалам

Реализация полного потенциала рассмотренных во введении плазмонных устройств возможна только при изготовлении их на основе высококачественных тонких пленок. В зависимости от типа устройства характеристики «идеальной» пленки будут отличаться, но существует и ряд параметров, требования к которым одинаковые.

Основным из этих требований является минимизация потерь. В общем случае плазмонные потери определяются: омическими потерями, рассеянием на границах зерен плазмонного материала, рассеянием на излучение и рассеянием при распространении. Омические потери зависят только от оптических характеристик металла: действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости (е', е''). Рассеяние в плоскости распространения плазмона и излучение в значительной степени определяются среднегеометрической шероховатостью пленки и стенок сформированных структур, а также отклонениями в толщине и ширине структур в латеральном направлении. Уменьшение всех перечисленных типов потерь может быть достигнуто при использовании монокристаллических пленок металлов, т.к. они обладают лучшими по сравнению с поликристаллическими пленками оптическими свойствами, в них отсутствуют границы зерен, а также они обладают меньшей шероховатостью поверхности.

Вторым важным требованием является возможность формирования в пленке высококачественных наноструктур. Характерный размер зерен поликристаллических пленок плазмонных металлов (порядка 10-100 нм) сравним с размерами топологий устройств, из-за чего образуются дефекты при травлении по границам зерен, а для монокристаллических пленок эти негативные эффекты практически отсутствуют.

Для определения остальных требований к пленкам выделим три основных класса плазмонных устройств: устройства на основе локализованных плазмонов, устройства на основе поверхностных плазмонов и метаматериалы.

1.2. Типы плазмонных устройств Распределение поля в материале зависит от е', а потери зависят от е'', поэтому их соотношение является важным параметром для определения качества пленки для конкретного плазмонного применения. Для получения количественной характеристики обычно используется добротность [24]:

_ Усиленное поле

Qf =--(11)

Падающее поле

Данный параметр может быть использован для всех типов плазмонных устройств. Ниже будет рассмотрен каждый из типов устройств по отдельности и будет определен используемый критерий.

1.2.1. Устройства на основе локализованного плазмонного резонанса Одними из наиболее распространенных устройств биосенсорики являются устройства на основе эффекта локализованного плазмонного резонанса (ЛИР). В подавляющем большинстве случаев (Рис. 1.1) образец засвечивается снизу, и свет проходит через подложку и пленку (или сформированную в ней топологию).

Подача анализируемого вещества ч^ ^ .

г утггтт ПкЛГ

/

Острпаковая тптткяя пдепка

Падающий свет | Отряженный спет

I

Рис. 1.1. Схема реализации плазмонного биосенсора на эффекте Кретчмана с

засветкой снизу [18] На данной схеме вещество, подвергаемое анализу, подается сверху. Данная конфигурация предполагает прозрачность системы пленка-подложка. Толщина пленок, применяемых в данных устройствах, варьируется в диапазоне от 32 нм до 50 нм [19]. Основные структуры, используемые в данных устройствах - островки

благородных металлов, получаемые отжигом пленки или осаждением при повышенных температурах подложки [21] (Рис. 1.2 а), а также литографически сформированные периодические структуры нанодисков (Рис 1.2 б).

¡¡§11 ¡¡И

Щ| --^

а)

б)

Рис. 1.2. СЭМ изображения примеров топологий биосенсоров: а) полученных методом самосборки б) сформированных литографией

Выражения для определения добротности для данных устройств будет совподать с выражением определения добротности локализованных плазмонов на металлических наночастицах в форме сферы:

QLSPR(W) =

(1.2)

Для получения максимального значения этого выражения требуется, чтобы |е'|^тах, е''^0. Это требование означает необходимость получения максимально возможного для данного материала абсолютного значения действительной части диэлектрической проницаемости при минимально возможном значении мнимой части. Далее (см. 1.2.4) для выбранного материала будет проведен анализ литературных данных для уточнения значений диэлектрической проницаемости, позволяющих получить максимум добротности.

На основе рассмотренных реализаций можно сделать вывод, что дополнительными требованиями к пленкам для устройств на основе локализованного плазмонного резонанса являются:

• толщины пленки от 20 до 50 нм;

• оптические характеристики используемого материала: |е'|^тах, е' '^0;

• совместимость с прозрачными подложками.

1.2.2. Устройства на основе поверхностного плазмонного резонанса

Эффект распространения поверхностного плазмонного резонанса широко используется в различных вариантах волноводов. В связи с тем, что плазмон, распространяясь непосредственно по металлической пленке, претерпевает сильное рассеяние, для использования его в волноводе необходимо обеспечить компенсацию потерь. Для её реализации разработано несколько концепций волноводов на основе интерференции волн, распространяющихся на границах раздела материалов. Среди основных видов реализации волноводов можно выделить: металл-диэлектрик-металл (МДМ) волноводы (Рис. 1.3), диэлектрик-металл-диэлектрик (ДМД) волноводы, закрытые диэлектриком (ЗД) волноводы (Рис. 1.4). Для МДМ волноводов типичные толщины слоёв металла составляют 50-200 нм [7-9]. Для ДМД волноводов толщина металлического слоя гораздо меньше и составляет 12-28 нм [10]. Для ЗД волноводов используются пленки толщинами 50-60 нм [11-13].

Рис. 1.3. СЭМ изображение волновода металл-диэлектрик-металл [9]

Рис. 1.4. Модель и СЭМ изображение поверхностного плазмон-поляритонного волновода, закрытого диэлектриком [13]

Также эффект поверхностного плазмонного резонанса используется для улучшения различных источников света, например, наноразмерных источников света (Рис. 1.5, 1.6) или однофотонных источников [79]. Для данных устройств толщина пленок варьируется в диапазоне от 28 нм [16] до 100 нм [17]. Для однофотонных источников показано [79], что уменьшение среднегеометрической шероховатости пленки до значений меньше 0,5 нм позволяет в разы повысить яркость устройства.

ТТлиикд ^ре-бра

Рис. 1.5. Модель (а) и моделирование излучения (б) нанолазера на основе структуры

Г^аМЮаЫ [16]

Рис. 1.6. Модель (а) и СЭМ изображение (б) нанолазера на основе красителя и массива наноотверстий в серебряной пленке [17] Для поверхностного плазмонного резонанса добротность может быть определена как отношение реальной части волнового вектора распространения кх' к мнимой части к х'', а фактор качества можно выразить как:

^РР(^) =

(1.3)

На основе рассмотренных реализаций устройств можно сделать вывод, что дополнительными требованиями к пленкам для устройств на основе поверхностного плазмонного резонанса являются:

• толщины пленки от толщины пленки от толщины пленки от 12 до 200 нм;

• оптические характеристики используемого материала: |е'|^тах, е' '^0;

• совместимость с прозрачными подложками и многослойными структурами.

1.2.3. Метаматериалы и устройства преобразующей оптики

Еще одной важной областью применения плазмоники является создание метаматериалов (Рис. 1.7, 1.8). Одной из наиболее частых их реализаций является набор повторяющихся слоёв материалов. Для того, чтобы приблизить многослойную структуру к однородной эффективной среде, - необходимо минимизировать толщину одного слоя до значений меньше А/20 [66]. Для серебра, например, метаматериалы реализованы с использованием пленок с толщинами от 7-9 нм [1]. Но также встречаются и более толстые однослойные структуры - 30 нм, к примеру, в случае использования 2-0 структур [17].

Рис. 1.7. Пример реализации многослойного метаматериала [16]

Рис. 1.8. Пример реализации однослойного метаматериала [17] Для применений в метаматериалах, как правило, требуются материалы с действительной частью эффективной диэлектрической проницаемости близкой к нулю на рабочей частоте устройства [14]. Таким образом, эти устройства требуют, чтобы значение металлического компонента было почти уравновешено диэлектрическим (обычно ~ 1). Следовательно, реальная часть диэлектрической

проницаемости должна быть сопоставима по величине и противоположна по знаку этой же характеристике диэлектрика. Таким образом, плазмонный компонент для метаматериалов и устройств преобразующей оптики (ПО) проявляется вблизи резонансной частоты, где значение е' отрицательно и мало по величине. В данном

случае, для определения фактора качества важны только потери е" :

<?то(14)

На основе рассмотренных реализаций устройств можно сделать вывод, что дополнительными требованиями к пленкам для метаматериалов являются:

• толщины пленки от толщины пленки от толщины пленки от 7 до 30 нм;

• оптические характеристики используемого материала: е'^-1, е''^0;

• совместимость с прозрачными подложками и многослойными структурами.

1.2.4. Требования к пленкам для плазмонных устройств

Ниже представлены расчетные данные для применяемых в плазмонике материалов с указанием значения факторов качества на длине волны, которая обеспечивает максимум добротности (Таблица 1).

Таблица 1.

Сводная таблица факторов качества плазмонных металлов [24]

Материал ЛИР ШШ Метаматериалы

Qлпp(X) Оппп(^) Омм(^)

Ag 392 (1,08 мкм) 23413 (1,08 мкм) 1.82 (326 нм)

Аи 16.66 (0.89 мкм) 1410 (1.94 мкм) 0.29 (207 нм)

А1 13.56 (0.113 мкм) 2677 (2.5 мкм) 26.32 (82 нм)

В ближнем УФ, видимом и ИК диапазонах наибольшую добротность для всех типов плазмонных устройств обеспечивает серебро благодаря минимальному значению е''. Его оптические свойства позволяют получить наилучшую добротность

даже для применения в суперлинзах, несмотря на то, что значения |е | в рассматриваемом диапазоне заметно отличается от 1.

Но на настоящий момент применение пленок серебра в плазмонике ограниченно из-за заметно больших потерь в реальной структуре, обусловленных шероховатостью поверхности, рассеянием на границах зерен, вызванным поликристаллической природой осажденных металлических пленок [28, 29], а также деградацией оптических свойств со временем [24, 30].

Кроме того, проведенные выше расчеты факторов качества выполнены на основе табличных данных для поликристаллических пленок и объемных материалов [31, 32]. Однако известно, что использование монокристаллических пленок и уменьшение шероховатости поверхности пленки уменьшает оптические потери и позволяет улучшить плазмонные свойства [24, 30, 33, 34].

Было опубликовано большое количество работ с измерением оптических свойств серебряных тонких пленок. Лучшие полученные значения оптических характеристик представлены на графике (Рис. 1.9).

Рис. 1.9. Минимальные значения мнимой части диэлектрической функции серебра,

опубликованные в литературе Как видно из Рис. 1.9, в лучших экспериментальных работах получены пленки серебра с мнимой частью диэлектрической проницаемости е'' меньше 0,3 в диапазоне длин волн 370—600 нм и меньше 0,8 в диапазоне длин волн 600-900 нм. В то же время, измеренные значения действительной части диэлектрической проницаемости е' в различных работах обычно близки друг к другу.

Несмотря на то, что экспериментально измеренные значения е'' близки к теоретическим (нулевым) значениям, до настоящего времени существует различие экспериментально измеренных и расчетных значений длины распространения поверхностного плазмонного резонанса. Это связано с высокой сложностью как корректного восстановления действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости серебра из измерений эллипсометрией, так и сложности измерения непосредственно длины распространения плазмонного резонанса. Поэтому корректное экспериментальное сравнение пленок затруднено и может быть выполнено только с использованием необходимого и достаточного набора методик измерения. На основе результатов измерений ведущих мировых групп можно сделать вывод, что для плазмонных применений необходимо найти режим или режимы осаждения монокристаллической пленки серебра, с минимальной шероховатостью (среднегеометрическая шероховатость <0,5 нм), толщинами от 6 до 200 нм, со значением е'' меньше 0,3 в диапазоне длин волн 370—600 нм и меньше 0,8 в диапазоне длин волн 600-900 нм, с максимальной длинной распространения поверхностного плазмонного резонанса, совместимой с прозрачными подложками и многослойными структурами.

Для оценки качества пленок по этим параметрам необходимо использовать широкий набор измерительного оборудования, позволяющий оценивать у пленки:

• оптические характеристики;

• плазмонные характеристики;

• рельеф и шероховатость поверхности;

• структуру.

1.3. Методики измерения свойств пленок Для оценки и получения указанных параметров пленки требуется выбрать средства и режимы измерения.

1.3.1. Измерение шероховатости и рельефа поверхности пленок Одним из основных методов измерения поверхности пленок является зондовая микроскопия. Наиболее часто применяется метод атомно-силовой микроскопии [16, 37, 40-42]. Разрешение атомно-силового микроскопа определяется точностью

измерения изгиба кантилевера, диаметром острия зонда и совершенством системы защиты от помех. Типовые значения разрешения лежат в субнанометровом диапазоне. Стандартные размеры сканов изображений лежат в диапазоне от единиц до сотен квадратных микрометров (Рис. 1.10). Для полного описания пленки методом атомно-силовой микроскопии необходимо проводить измерения как на небольшой площади скана с минимальной скоростью с целью получения наилучшего разрешения (для получения хорошего качества изображения время измерения составляет десятки минут), так и на большей площади с более высокой скоростью.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бабурин Александр Сергеевич, 2019 год

Список литературы

1. Белотелов В. И. Плазмонные гетероструктуры и фотонные кристаллы с перестраиваемыми оптическими свойствами: дис. д-ра ... ф. - м. наук. М. 2012. 299 с.

2. Ultrasmooth patterned metals for plasmonics and metamaterials / P. Nagpal [et al.] // Science. 2009. № 325(5940). P. 594-597.

3. Dolling G., Wegener M., Linden S. / Realization of a three functional-layer negative-index photonic metamaterial, Opt. Lett. 2007. № 32(551). P. 551-553.

4. Pendry J. B., Schurig D. and Smith D. R. Controlling Electromagnetic Fields // Science. 2006. № 312(1780). P. 1780-1782.

5. Kildishev A.V. and Shalaev V. M. Engineering space for light via transformation optics // Opt. Lett. 2008. № 33(1). P. 43-45.

6. Shalaev V. M. Transforming Light // Scienceю 2008. № 322(5900). P. 384386.

7. Yang H., Li J., Xiao G. Significantly increased surface plasmon polariton mode excitation using a multilayer insulation structure in a metal-insulator-metal plasmonic waveguide // Applied optics. (2014). № 53(17). P. 3642-3646.

8. Endri St., Frezza F. Metal-Insulator-Metal (MIM) plasmonic waveguide based directional couplers operating at telecom wavelengths // Millimeter Waves and THz: Technology Workshop (UCMMT). 6th UK, Europe, China. IEEE, 2013. P. 1-2.

9. Integrated nanoplasmonic waveguides for magnetic, nonlinear, and strong-field devices / S. Sederberg [et al.] // Nanophotonics. 2017. № 6(1). P. 235-257.

10. Shaidiuk V., Menabde S. G. Modal evolution in asymmetric three-and four-layer plasmonic waveguides / Optics express. 2016. № 24(15). P. 16595-16608.

11. García-Blanco S. M., Pollnau M., Bozhevolnyi S. I. Loss compensation in long-range dielectric-loaded surface plasmon-polariton waveguides // Optics express. 2011. № 19(25). P. 25298-25311.

12. Merging Plasmonics and Silicon Photonics Towards Greener and Faster «Network-on-Chip» Solutions for Data Centers and High-Performance Computing Systems / S. Papaioannou [et al.] // In Plasmonics-Principles and Applications. InTech. 2012. P. 523-548.

13. Monolithically integrated mid-infrared lab-on-a-chip using plasmonics and quantum cascade structures / B. Schwarz [et al.] // Nature communications. 2014. № 5. P. 4085-4092.

14. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens / N. Fang [et al.] // Science. 2005. № 308(5721). P. 534-537.

15. Rapid growth of evanescent wave by a silver superlens / Z. Liu [et al.] // Applied Physics Letters. 2003. № 83(25). P. 5184-5186.

16. Plasmonic nanolaser using epitaxially grown silver film / Y. Lu [et al.] // Science. 2012. № 337(6093). P. 450-453.

17. Highly directional spaser array for the red wavelength region / X. Meng [et al.] // Laser & Photonics Reviews. 2014. № 8(6). P. 896-903.

18. Plasmonic nanolaser for intracavity spectroscopy and sensorics / P. Melentiev [et al.] // Appl. Phys. Lett. 2017. № 111.P. 213104-1-5.

19. Sensitivity enhancement of transition metal dichalcogenides/silicon nanostructure-based surface plasmon resonance biosensor / Q. Ouyang [et al.] // Scientific reports. 2016. № 6(28190). P. 1-13.

20. Roh S., Chung T., Lee B. Overview of the characteristics of micro-and nano-structured surface plasmon resonance sensors // Sensors. 2011. № 11(2). P. 15651588.

21. Bimetallic non-alloyed NPs for improving the broadband optical absorption of thin amorphous silicon substrates / C. L. Tan [et al.] // Nanoscale research letters. 2014. № 9(1), 181. P. 1-6.

22. Schokker A. H. and Koenderink A. F. Lasing at the band edges of plasmonic lattices // Physical Review B. № 90(15). 2014. P. 155452-1-10.

23. Label-free detection and molecular profiling of exosomes with a nano-plasmonic sensor / H. Im [et al.] // Nature biotechnology. 2014. № 32(5). P. 490-495.

24. Searching for better plasmonic materials / P. R. West [et al.] // Laser & Photonics Reviews. 2010. № 4(6). P. 795-808.

25. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer / W. Chen [et al.] // Optics express. 2010. № 8(5). P. 5124-5134

26. Imaging the near field / S. A. Ramakrishna [et al.] // Journal of Modern Optics. 2003. № 50(9). P. 1419-1430.

27. Far-and deep-ultraviolet surface plasmon resonance sensors working in aqueous solutions using aluminum thin films / I. Tanabe [et al.] // Scientific Reports. 2017. № 7(1), 5934. P. 1-7.

28. Single-Crystalline Silver Films for Plasmonics / J. H. Park [et al.] // Advanced Materials. 2012. № 24(29). P. 3988-3992.

29. Loss mechanisms of surface plasmon polaritons on gold probed by cathodoluminescence imaging spectroscopy / M. Kuttge [et al.] // Applied Physics Letters 2008. № 93(11). P. 113110-1-3.

30. Role of thermal processes in dewetting of epitaxial Ag (111) film on Si (111) / C. E. Sanders [et al.] // Surface Science. (2014). № 630. P. 168-173.

31. Johnson P. B. and Christy R. W. Optical Constants of the Noble Metals // Phys. Rev. B 1972. № 6. P. 4370-4379.

32. Palik E. D. Handbook of Optical Constants of Solids. San Diego: Academic press, 1998. 802 p.

33. Propagation length of surface plasmons in a metal film with roughness / A. Kolomenski [et al.] // Applied optics. 2009. № 48(30). P. 5683-5691.

34. Bennett H. E. & Stanford J. L. Structure-related optical characteristics of thin metallic films in the visible and ultraviolet. Proceedings of a Workshop Seminar Held at the National Bureau of Standards, Gaithersburg. 1976. Vol. 466. P. 133-147.

35. Gray D. E. American Institute of Physics Handbook. New York: McGraw-Hill, 1972. 1541 p.

36. Schröder U. Der einfluss dünner metallischer deckschichtenauf die dispersion von oberflaechenplasmaschwingunge in gold-silber-schichtsystemen // Surf. Sci. 1981. № 102. P. 118-130.

37. Single-crystalline silver film grown on Si (100) substrate by using electron-gun evaporation and thermal treatment / B. T. Chou [et al.] // Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena. 2014. № 32(3). P. 031209-1-5.

38. Plasmonic films can easily be better: rules and recipes / K. M. McPeak [et al.] // ACS photonics. 2015. № 2(3). P. 326-333.

39. Baski A. A., Fuchs H. Epitaxial growth of silver on mica as studied by AFM and STM // Surface Science. 1994. № 313(3). P. 275-288.

40. Levlin M., Laakso A. Evaporation of silver thin films on mica // Applied surface science. 2001. № 171(3). P. 257-264.

41. Contrast between surface plasmon polariton-mediated extraordinary optical transmission behavior in epitaxial and polycrystalline Ag films in the mid-and far-infrared regimes / B. H. Li [et al.] // Nano letters. 2012. № 12(12). P. 6187-6191.

42. Formation of atomically flat silver films on GaAs with a "silver mean" quasi periodicity / A. R. Smith [et al.] // Science. 1996. № 273(5272). P. 226-228.

43. Kawasaki M., Uchiki H. Sputter deposition of atomically flat Au (111) and Ag (111) films // Surface science, 388(1-3). 1997. P. L1121-L1125.

44. Single Crystalline Silver Films for Plasmonics: From Monolayer to Optically Thick Film / F. Cheng [et al.] // arXiv:1808.05909. 2018. P. 1-19.

45. Belianinov A. Nucleation and growth of Ag islands on the phase of Ag on Si (111) // Journal of Physics: Condensed Matter. 2011. № 23(26), 265002. P. 1-9.

46. Interface characterization of epitaxial Ag films on Si (100) and Si (111) grown by molecular beam epitaxy / K. H. Park [et al.] // Metallurgical Transactions A. 1990. № 21(9). P. 2323-2332.

47. Mass production compatible fabrication techniques of single-crystalline silver metamaterials and plasmonics devices / I. A Rodionov [et al.] // Proc. SPIE. 2017. № 10343 P. 1034337-1-7.

48. Reichelt, K., Lutz, H. O. Hetero-epitaxial growth of vacuum evaporated silver and gold // Journal of Crystal Growth. 1971. № 10(1). P. 103-107.

49. Hong H. Y., Ha J. S., Lee S.-S., Park J. H. Effective propagation of surface plasmon polaritons on graphene-protected single-crystalline silver films // ACS applied materials & interfaces. 2017. № 9, 5014-5022

50. Crystalline Structure Dependence on Optical Properties of Silver Thin Film Over Time / A. S. Baburin [et al.] // Progress In Electromagnetics Research Symposium — Spring (PIERS). 2017. P. 1497-1502.

51. Kronig R. D. L. On the theory of dispersion of X-rays // Josa. 1926. № (6). P. 547-557.

52. Kramers H. A. La diffusion de la lumiere par les atomes // Atti Cong. Intern. Fisica Como. 1927. Vol. 2. P. 545-557.

53. An analytic model for the dielectric function of Au, Ag, and their alloys / D. Rioux [et al.] // Advanced Optical Materials. 2014. № 2(2). P. 176-182.

54. von Blanckenhagen B., Tonova D., Ullmann J. Application of the Tauc-Lorentz formulation to the interband absorption of optical coating materials // Applied optics. 2002. № 41(16). P. 3137-3141.

55. Brendel R., Bormann D. An infrared dielectric function model for amorphous solids // Journal of applied physics. № 171(1). 1992. P. 1-6.

56. Structural and optical properties of single and bilayer silver and gold films / G. M. Yankovskii [et al.] // Physics of the Solid State. 2016. № 58(12). P. 2503-2510.

57. Thost J. P. Determination of the propagation length of surface plasmons with the scanning tunneling microscope // Optics communications. 1993. № 103(3-4). P. 194-200.

58. Scanning plasmon near-field microscope / M. Specht [et al.] // Physical review letters. 1992. № 68(4). 476-479.

59. De Hollander R. B. G., Van Hulst N. F., Kooyman R. P. H. Near field plasmon and force microscopy. Ultramicroscopy. № 1995. 57(2-3), 263-269.

60. Zayats A. V., Smolyaninov I. I., Davis C. C. Observation of localized plasmonic excitations in thin metal films with near-field second-harmonic microscopy // Optics communications. 1999. № 169(1-6). P. 93-96.

61. Dereux A., Pohl D. W. The 90° prism edge as a model SNOM probe: near-field, photon tunneling, and far-field properties // Near Field Optics. 1993. P. 189198.

62. SNOM signal near plasmonic nanostructures: an analogy with fluorescence decays channels / G. des Francs Colas [et al.] // Journal of microscopy. 2008. № 229(Pt 2). P. 302-306.

63. Hwang B. S., Kwon M. H., Kim J. Use of a near-field optical probe to locally launch surface plasmon polaritons on plasmonic waveguides: A study by the finite difference time domain method // Microscopy research and technique. 2004. № 64(5-6). P. 453-458.

64. Bialas H., Heneka K. Epitaxy of FCC metals on dielectric substrates // Vacuum. 1994. № 45(1). P. 79-87.

65. Zouhdi S., Sihvola A., Vinogradov A. P. Metamaterials and plasmonics: fundamentals, modelling, applications. Dordrecht: Springer Science & Business Media, 2008. 302 p.

66. The Ag dielectric function in plasmonic metamaterials / V. P. Drachev [et al.] // Optics express. 2008. № 16(2). P. 1186-1195.

67. Growth of thin Ag films produced by radio frequency magnetron sputtering / V. Kapaklis [et al.] // Thin Solid Films. 2006. № 510(1-2). P. 138-142.

68. Plasma-enhanced atomic layer deposition of silver thin films / M. Kariniemi [et al.] // Chemistry of Materials. 2011. 23(11). P. 2901-2907.

69. On the Growth, Percolation and Wetting of Silver Thin Films Grown by Atmospheric-Plasma Enhanced Spatial Atomic Layer Deposition / A. Mameli [et al.] // ECS Transactions. 2016. № 75(6). P. 129-142.

70. Studies on thermal atomic layer deposition of silver thin films / M. Makela [et al.] // Chemistry of Materials. 2017. № 29(5). P. 2040-2045.

71. Giant colloidal silver crystals for low-loss linear and nonlinear plasmonics / C.Y. Wang [et al.] // Nature communications. 2015. № 6. P. 7734-7741.

72. Structural and optical properties of chemical bath deposited silver oxide thin films: role of deposition time / A. C. Nwanya [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering, Article ID 450820. 2013. P. 1-8.

73. Wet deposition process for thin-film transistors / S. C. Shen [et al.] // Materials and Manufacturing Processes. 2014. № 29(4). P. 498-503.

74. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer. / W. Chen [et al.] // Optics express. 2010. № 18(5). Р. 5124-5134.

75. Molecular Scale Imaging with A Smooth Superlens / N. Fang [et al.] // In APS Meeting Abstracts. 2007. P. S38.00003

76. Realization of optical superlens imaging below the diffraction limit / H. Lee [et al.] // New Journal of Physics. 2005. № 7(1). P. 255-271.

77. Visible-frequency hyperbolic metasurface / A. A. High [et al.] // Nature. 2015. № 522(7555), Р. 192-196.

78. Infrared surface plasmon resonance of AZO-Ag-AZO sandwich thin films. / J.T. Guske [et al.] // Optics Express. 2012. № 20(21), Р. 23215-23226.

79. Ultrabright Room-Temperature Sub-Nanosecond Emission from Single Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to Nanopatch Antennas / S. I. Bogdanov [et al.] // Nano letters. 2018. № 18(8). Р. 4837-4844.

80. Вайнштейн Б.К. Современная кристаллография. Том 3, М.: Наука, 1980. 384 с.

81. Лютович А. С. Ионно-активированная кристаллизация пленок, Ташкент: Фан., 1982. 148 с.

82. Пинскер З. Г. Монокристаллические пленки, М.: Мир, 1966. 390 с.

83. Введение в физику поверхности / Оура К. [и др.]. М.: Наука, 2006. 490 с.

84. Magnfalt D. Fundamental processes in thin film growth. The origin of compressive stress and the dynamics of the early growth stages: p. h. d. thesis. Linkoping. 2014. 116 p.

85. Фокин Д. А. СТМ/СТС исследования квантово-размерных эффектов в островковых пленках Pb на поверхностях Si: дис. ... канд. ф. - м. наук. Черноголовка, 2010. 133 с.

86. Correlation between quantized electronic states and oscillatory thickness relaxations of 2D Pb islands on Si (111)-(7* 7) surfaces / W. B. Su [et al.] // Physical review letters. 2001. №86(22) P. 5116-5119.

87. Zhenyu Zh., Niu Q., Shih Ch.-K. «Electronic growth» of metallic overlayers on semiconductor substrates. Physical review letters. 1998. № 80(24). P. 5381-5384.

88. Панфилов Ю.В. Электронные, ионные и плазменные технологии. Часть I. конспект лекций // Наноинженерия. 2012. № 4. С. 14-27.

89. Сидорова С. В. Расчет технологических режимов и выбор параметров оборудования для формирования островковых тонких пленок в вакууме: дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 197 с.

90. Томилин В. И. Физико-химические основы технологии электронных средств, М.: Академия, 2010. 416 с.

91. Егоров В.К., Егоров Е.В., Миронов Ю.М. Исследование гетероструктуры Au/мусковит // Тезисы ХХ Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России». 2015. С. 23- 25.

92. Navrotski G. Silver on Silicon (111): surface structural transformations and trace contaminant effects at submonolayer coverage: p. h. d. thesis. Cornell. 2007. 267 p.

93. Ноженков М. В. Научные основы расчета и выбора режимов формирования в вакууме защитных покрытий со сверхнизким трением: дис. ... д-ра техн. наук. М. 2013. 321 с.

94. Nason T.C., You L., Lu T.M. Room temperature epitaxial growth of Ag on low-index Si surfaces by a partially ionized beam. // Journal of applied physics. 1992. № 72(2). P. 466-470.

95. Lee C.-C., Lee T.-Y., Jen Y.-J. Ion-assisted deposition of silver thin films. Thin Solid Films. 2000. № 359.1. P. 95-97.

96. Лисенков А. А. Создание научных основ, разработка и внедрение специального электрофизического оборудования, технологий и материалов в производство мощных генераторных ламп: дис. ... д-ра техн. наук. СПб. 2007. 340 с.

97. Kane W. M., Spratt J. P., Hershinger L. W. Effects of annealing on thin gold films. Journal of Applied Physics. 1966. № 37(5). P. 2085-2089.

98. Melentiev P. N., Kuzin A. A., Balykin V. I. Control of SPP propagation and focusing through scattering from nanostructures // Quantum Electronics. 2017. № 47(3). P. 266-271.

99. Radu M., Lavrinenko A. Ultra-thin films for plasmonics: a technology overview // Nanotechnology Reviews. 2015. №4(3) P. 259-275.

100. Optimum deposition conditions of ultrasmooth silver nanolayers / T. Stefaniuk [et al.] // Nanoscale research letters. 2014. № 9(1). P. 153-162.

101. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007. 416 с.

102. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высш. шк, 1985. 327 с.

103. Grimmer H. Coincidence-site lattices. // Acta Crystallographica Section A: Crystal Physics, Diffraction, Theoretical and General Crystallography. 1976. № 32(5). P. 783-785.

104. Tschopp M. A., Spearot D. E., McDowell D. L. Influence of grain boundary structure on dislocation nucleation in fcc metals. // Dislocations in solids. 2008. № 14. P. 43-139.

105. Porter D. A., Easterling K. E., Sherif M. Phase // Transformations in Metals and Alloys, (Revised Reprint). Florida: CRC press. 2009. 536 p.

106. Gardiner T. M., Stiddard M. H. B. The growth and orientation of vapour-deposited thin films of silver on glass. // Thin Solid Films. 1981. № 77.4. P. 335-340.

отзыв

научного руководителя диссертанта Бабурина Александра Сергеевича

Бабурин A.C. обучался в очной аспирантуре МГТУ им. Н.Э.Баумана на кафедре «Электронные технологии в машиностроении». За годы обучения показал себя высококвалифицированным специалистом в области технологии и оборудования для получения тонкопленочных микро и наноструктур в вакууме. Это позволило ему определить актуальность темы и сформулировать задачи исследований процессов формирования монокристаллических наноразмерных тонких пленок серебра для плазмонных применений. Получение сверхтонких пленок серебра в вакууме с максимально возможными размерами кристаллитов на полупроводниковых подложках еще мало изучено и требует совершенствования технологии и оборудования, а также методов и средств измерения.

В результате проведенных исследований создано современное технологическое оборудование и получены образцы монокристаллических тонких пленок серебра с требуемыми геометрическими размерами, на базе которых разработаны макеты электронных приборов с уникальными характеристиками. Проведены всесторонние исследования электрических, оптических, магнитных и других характеристик полученных пленок и выявлены зависимости этих характеристик от технологических режимов и параметров оборудования. Сформулированы рекомендации по выбору методов и режимов получения монокристаллических наноразмерных тонких пленок серебра в вакууме.

Бабурин A.C. отличается высокими личностными качествами, трудолюбив, хорошо работает в коллективе, выступал на многих научно-технических конференциях, имеет опыт работы со студентами. Показал себя самостоятельным научным работником, умеющим ставить задачи, проводить теоретические исследования, анализировать результаты экспериментов. Считаю, что он заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники.

Научный руководитель д.т.н., профессор

Панфилов Ю.В.

Подпись Панфилова Ю.В. заверяю