Самоформирование периодического рельефа в тонкопленочных структурах

УДК 539.3;539.5;539.8

Д.В. Чесноков, А.Е. Чесноков, Д.М. Никулин, В.С. Корнеев, В.В. Чесноков, С.Л. Шергин СГГ А, Новосибирск

САМОФОРМИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕЛЬЕФА В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ

V.V. Chesnokov, A.E. Chesnokov, D.M. Nikulin, V.S. Korneev, D.V. Chesnokov, S.L. Shergin SSGA, Novosibirsk

SELF-FORMATION OF PERIODIC RELIEF IN THIN-FILM STRUCTURES

The work presents the results of the preliminary experimental investigation of a corrugated periodic structure self-formation. The effect was revealed while making two-layer free film consisting of the layers of metal and polymer.

Thin-film structure, periodic relief, well-ordered structure

Эффекты самоупорядочивания структуры широко исследуются в связи с потенциальными возможностями применения их в нано- и микротехнологиях [1], при изготовлении фотонных кристаллов из синтетических опалов [2], и др. Образование синусоидального гофра в тонкой свободной плёнке показано в работе [3]. Принц [4, 5] исследовал процесс самоформирования гофра в тонких напряженных плёнках, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, при их отсоединении от подложки.

В процессе разработки технологии изготовления тонкопленочных микромеханических волноводов упругих волн [6] авторами настоящего сообщения был обнаружен эффект образования периодического рельефа в виде гофра узкой полоски металла, нанесенного на поверхность свободной плёнки из нитроцеллюлозы. На рис. 1 приведена оптическая фотография такой структуры, на которой видна гофрированность металлической полоски.

Рис. 1. Гофрированная металлическая полоска

На рис. 2 показана схематически образовавшаяся структура. Нитроцеллюлозную свободную плёнку получали известным методом из капли нитролака при ее растекании по поверхности воды. После отверждения и высыхания нитроцеллюлозную плёнку поднимали из жидкости на рамке 1 (рис. 2), формируя из нее тем самым натянутую мембрану. Узкую полоску 2 плёнки алюминия наносили на нитроцеллюлозную пленку методом вакуумного напыления через маску с отверстием в виде щели. Подогрев подложки специально не производили, однако нагрев структур осаждающимися парами алюминия было неизбежным. После выноса структур из вакуумной установки металлическая плёнка имела вид периодического гофра (рис. 1), шаг которого зависел от толщин плёнок алюминия и нитроцеллюлозы и лежал в диапазоне 7-^20 мкм. По сторонам алюминиевой полоски поверхность полимерной плёнки была деформирована, имела вид «долин», исходящих широкой стороной от элементов гофра; по мере удаления от алюминиевой полоски их глубина уменьшалась до нуля. На рис. 2б пунктиром условно показаны изолинии рельефа этих «долин», на рис. 2в (разрез А-А) изображено пространственное расположение полосок алюминия и полимерной мембраны в сечениях по дну долины (низ структуры) и по верхней части рельефа, соответствующей выпуклой части гофра полоски (верх структуры).

Рис. 2. Схема образования периодического рельефа в металлической полоске

Картина периодических гофр исчезала при напылении алюминия более широкой полосой (сотни мкм); напыление алюминия на нитроцеллюлозную мембрану без маски при малых толщинах алюминия (десятки нм) и нитроцеллюлозы (порядка 100 нм) приводило к образованию беспорядочного рельефа в виде случайно расположенных «горбов» и «впадин».

В табл. 1 приведены геометрические параметры напыленных слоев и полученных рельефных структур.

Таблица 1. Геометрические параметры исследованных структур

Номер образца Толщина цапонлака, мкм Толщина напыленного слоя, мкм Ширина полоски из а1, мкм Расстояние между максимумами, мкм Количество максимумов на 1мм

Длина материала гофрированной полоски больше расстояния между краями удерживающей ее рамки; отсюда можно сделать предположение, что гофрированность возникает в процессе напыления металла на полимер.

К этому же выводу приводят и оценочные расчеты, основанные на значениях собственных напряжений в алюминиевых плёнках, напыленных на целлюлозную плёнку (напряжение <у -1,2 -108 Па, имеет растягивающий характер [7, 8]) и термических напряжений охлаждения алюминия (при охлаждении на А7Т = 10 К, <т -1,7 * 107 Па). Как показала оценка, термическое напряжение такой величины при наличии гофра создает момент изгиба, его распрямляющий.

Изучение обнаруженного эффекта будет продолжено в направлении построения физико-технической модели процесса образования гофрированных упорядоченных структур в тонкоплёночных свободных слоях.

микромеханических волноводов упругих волн / Д.М. Никулин, В.В.Чесноков, Д.В.

Чесноков // здесь же.

Гофман; под общ. ред. Г. Хасса и Р.Э. Туна; пер. с англ.; под ред. В.Б. Сакдомирского

//Физика тонких плёнок. III. - 1968. - М.: Изд-во «Мир». - С. 20-23.

электронной технике. Сер. 2. «Полупроводниковые приборы» / А.С. Романов, В.В. Щеглова.- М.: ЦНИИ «Электроника», 1981. - Вып. 6. - С. 798.

© Д.В. Чесноков, А.Е. Чесноков, Д.М. Никулин, В.С. Корнеев, В.В. Чесноков, С.Л. Шергин, 2008