3.3 Сопоставление результатов по исследованию фрактальных свойств наноразмерных пленок золота, серебра: атомно-силовая и туннельная микроскопия

Целью данного пункта является определение фрактальной размерности профиля и поверхности наноразмерных металлических пленок (золото, серебро, медь) на диэлектрической подложке из слюды с использованием двух альтернативных экспериментальных методов: атомно-силовой и туннельной микроскопии, что в дальнейшем позволит провести описание технологических режимов напыления образцов для получения фрактальных структур на наномасштабах, а также исключить влияние артефактов или масштабных несоответствий.

Основным практическим применением результатов является возможность разработки технологии «выращивания» структур с заданной морфологией поверхности, включая фрактальные свойства для металлических пленок на диэлектрических подложках. Несмотря на тот факт, что к настоящему времени существует достаточно обширный комплекс методик по распознаванию и анализу изображений (как экстенсиональные, так и интенсиональные [219]) и, в частности, одной из интересных методик является классификация CTM- изображений наноструктур с применением нейро-нечетких сетей [220], полученные в данной работе результаты с использованием сканирующего зондового микроскопа MFP-3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва) позволяют дополнительно провести верификацию результатов CTM и осуществлять контроль получаемых изображений с целью исключения артефактов, масштабных несоответствий и учета влияния возможного появления оксидных пленок и т.п. Перспективным направлением исключения в интерпретации результатов CTM измерений может служить методика, развитая в [221], по координатной привязке СТМ-изображений наночастиц с фильтрацией особых точек. В [221] было показано, что фильтрация особых точек по степени выпуклости и близости к максимуму по координате

выступающей точки позволяет добиться выполнения более строгого соответствия: одна частица - одна особая точка. Использование такой методики или ее аналога в сочетании с методикой выделения границ объектов [31] позволяет существенно уменьшить погрешность определения фрактальных характеристик.

Нами была проведена последовательная процедура сканирования и обработки получаемых изображений с целью сравнения результатов, получаемых на одних и тех же образцах (наноразмерные по толщине пленки золота и серебра на подложке из слюды), при помощи сканирующего зондового микроскопа MFP- 3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва) и CTM «YMKA-02G» (ТвГУ, Тверь). На рис. 53-56 представлены соответствующие результаты сканирования для пленок золота и серебра на диэлектрической подложке из слюды, полученные с использованием сканирующего зондового микроскопа MFP-3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва) и CTM «yMKA-02G» (ТвГУ, Тверь). C использованием метода вложенных квадратов [205,215,216] получены графики зависимости числа мономеров от размера кластера для профиля и поверхности образцов золота и серебра на слюде (см. рис. 57, 58).

Полученные результаты по фрактальной размерности профиля и поверхности наноразмерных пленок золота и серебра в целом хорошо коррелируют с результатами [209,211,214]. Оценка ошибки определения фрактальной размерности произведена, в том числе с учетом итогов усреднения после анализа нескольких изображений разных масштабов для исследуемых образцов. При этом на наш взгляд важным результатом является согласованные результаты при использовании принципиально разных методик сканирования.

Рис. 53. Результаты сканирования наноразмерной пленки золота на слюде при помощи сканирующего зондового микроскопа MFP-3D (Asylum Research, СІЛА) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва) (площадь фотографии Ixl мкм²).

Рис. 54. Результаты сканирования наноразмерной пленки серебра на слюде при помощи сканирующего зондового микроскопа MFP-3D (Asylum Research, СІЛА) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва) (площадь фотографии Ixl мкм²).

Рис. 55. Результаты сканирования наноразмерной пленки золота на слюде при помощи CTM «YMKA-02G» (ТвГУ, Тверь) (площадь фотографии 359x359 нм²).

Рис. 56. Результаты сканирования наноразмерной пленки серебра на слюде при помощи CTM (ТвГУ, Тверь) (площадь фотографии 609?609 нм²).

Рис. 57. Зависимость числа частиц от приведенного размера кластера R* =RZaдля всей поверхности для образца «золото на слюде». Фрактальные размерности исследуемого образца: а) CTM: профиль - D_l = 1,89 + 0,06, поверхность - D_f = 2,08 + 0,05, б) АСМ: профиль - D_l =1,85 + 0,03, поверхность - D_f =2,11 + 0,05. Данные получены на CTM «YMKA-02G» (полые значки), сканирующем зондовом микроскопе MFP-3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (сплошные значки).

Рис. 58. Зависимость числа частиц от приведенного размера кластера R* =R/а для всей поверхности для образца «серебро на слюде». Фрактальные размерности исследуемого образца: а) CTM: профиль - D_l =1,88 + 0,04, поверхность - D_f =2,13 ±0,03, б) АСМ: профиль - D_l =1,91 + 0,03, поверхность - D_f =2,08 + 0,04. Данные получены на CTM «YMKA-02G» (полые значки), сканирующем зондовом микроскопе MFP-3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (сплошные значки).

Как показано нами в [224] существует зависимость минимального размера наночастиц металлов от температуры при коалесценции.

числе, механизм ассоциации [17] будет существенно зависеть от состояния поверхности диэлектрической подложки: морфологии рельефа (шероховатость поверхности, наличия дефектов), а также ее температуры или скорости ее изменения. В настоящее время активно развиваются технологии искусственного создания деталей рельефа [229], что позволит обеспечить воспроизводимость условий для формирования наноразмерных металлических пленок с фрактальной структурой на твердых поверхностях.

3.4.