Производство и методы очистки кантилеверов

Процесс изготовления стандартного кремниевого кантилевера для атомно-силового

микроскопа, как правило, состоит из четырех этапов [62,74]. Сначала берется заготовка,

имеющая слоистую структуру, – два кремниевых слоя и две разделяющие прослойки SiO2

(рис. 1.13а). Затем нижняя часть заготовки протравливается до промежуточного слоя SiO2,

а на верхнюю наносится маска из фоторезиста, защищающая покрытую кремниевую

область от последующего травления (рис. 1.13б). Следующий шаг – это травление верхней

части подложки с нанесенной маской, в процессе которого кантилевер приобретает свою

форму; затем слой фоторезиста сверху и SiO2 снизу убираются травлением, специфичным

для данных веществ (рис. 1.13в). Заключительной стадией является напыление золотой

пленки на поверхность кантилевера с определенной стороны (рис. 1.13г).

Рис. 1.13. Стадии изготовления микрокантилеверных сенсоров.

Качество самоорганизующихся монослоев, образующихся на поверхности

кантилевера, сильно зависит от ее свойств, что было экспериментально подтверждено в

работах[57,59], в которых также было показано, что если покрытием кантилевера является

слой золота с кристаллами величиной 1 мкм, то поверхностное натяжение

самоорганизующейся пленки молекул алканотиолов возрастает в несколько раз по

сравнению с натяжением на поверхности поликристаллического золота с размерами

гранул порядка нескольких десятков нанометров. Кроме того, в сенсорных приложениях

АСМ требование предварительной отчистки кантилевера является необходимым

условием для получения воспроизводимых результатов с максимальными показателями

величины поверхностного натяжения исследуемых пленок.

В работе А. Галахарда и др. [58,59] рассмотрены два метода отчистки золотой

поверхности кантилевера для их последующей модификации алканотиолами. Первый

метод – травление золотой поверхности кантилевера в 30%-ом растворе царской водки.

Было показано, что после минутного травления поверхность золота, изначально имевшая

рельеф 1 нм, покрывается впадинами глубиной в 13 нм. В процессе травления

поверхность становится более пористой на масштабе 3 мкм, но нанометровый рельеф

сглаживается, и образование слоя алканотиолов происходит в доменах протравленных пор

(рис 1.14 б).

23

Рис. 1.14. Поверхность поликристаллического золота после

напыления (а) и после ее травления в микстуре царской водки в

течение 1 минуты (б).

По экспериментальным данным, полученным теми же авторами, поверхностное

натяжение алканотиоловой пленки при отчистке золота водным раствором царской водки

возрастает в несколько раз. Модели, подтверждающие увеличение поверхностного

натяжения и кинетики за счет увеличения количества адсорбционных доменов

поверхности, также были приведены другими исследователями [6,57,59]. По сравнению с

другими методами отчистки поверхности золота метод травления имеет некоторое

преимущество, так как снимает слой золота вместе с адсорбатами, поэтому

образовавшийся новый слой является абсолютно чистым и гладким на субмикронных

масштабах. Недостаток метода заключается в том, что после незначительного числа

циклов отчистки золотой слой на поверхности кантилевера может полностью исчезнуть,

кроме того, от цикла к циклу поверхность сильно меняет свои свойства, вследствие чего

изотермы сорбции тиолов не воспроизводятся.

Другой вариант отчистки поверхности кантилевера – обработка с помощью плазмы

атомарного кислорода или азота. В работе [58], кантилевер помещался в струю плазмы,

где его очистка производилась благодаря процессам окисления и ионной бомбардировки

адсорбатов. Существует близкий по свойствам, распространенный и доступный метод

приготовления поверхности с помощью ультрафиолетового облучения, в котором

происходит отчистка поверхности атомарным кислородом, интенсивно окисляющим

адсорбаты. В результате процедур обработок поверхности с помощью плазмы, структура

поликристаллического слоя золота сохраняется. При этом силы поверхностного

натяжения монослойных пленок алканотиолов возрастают незначительно, а в изотермах

сорбции пропадает индукционный пик (рис. 1.15) [34], характеризующий десорбцию

примесей с поверхности, который в общем случае является артефактом. Следует

отметить, что после нескольких циклов описанных процедур обработки кантилевера

воспроизводимость данных сохраняется [57].

Наиболее распространенным методом приготовления поверхности кантилевера

является окисление [59-61,105] посредством его помещения в водный раствор микстуры

концентрированной серной кислоты и пероксида водорода в соотношении 1:1. Данный

метод также не изменяет рельефа поверхности, позволяет производить отчистку

кантилевера в неограниченных количествах и является эффективным и наиболее простым

в применении.

Физическая природа туннельного эффекта

Тактильная чувствительность

Эффект плазмон-экситонного взаимодействия

Резонаторы на ПАВ

Вернуться в оглавление: Физические явления