Teilprojekt B2: Periodische Nanostrukturen: Herstellung, Eigenschaften und Bestrahlungseffekte

P. Ziemann, K. Landfester, P. Leiderer, Th. Schimmel

ULM KONSTANZ KARLSRUHE

Hauptziele

I. Kombination verschiedener Nanostrukturierungskonzepte

II. Auswirkung von Bestrahlung auf Nanostrukturen Laser-Ionen-

Teilprojekt B2

1. Halbjahr

Universität Konstanz

• Optimierung des Spincoating-Prozesses zum Aufbringen von Kolloidmasken in Monolagen• Optimierung der Strahlprofile vorhandener Laser für die Bestrahlung von Kolloid- masken und Nanostrukturen

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Herstellung & Optimierung geordneter• Optimierung der Ordnung mizellarer metallischer Nanostrukturen auf ver- Monofilme auf Substraten mit unter- schiedenen Substraten: Au, Pt auf schiedlichen Benetzungseigenschaften Saphir, SrTiO3 und Diamant

• Einarbeitung eines neuen Doktoranden • Darstellung von Blockcopolymeren, in die Präparations- und Charakterisie- welche stabile Zylindermizellen rungsmethoden bilden

Teilprojekt B2

2. Halbjahr

Universität Konstanz

• Modifikation von Kolloidmasken durch Tempern• Erprobung von Verfahren zum Schrägbedampfen von Kolloidmasken• Untersuchung der Stabilität verschiedener Au-Nanostrukturen gegen Laser- bestrahlung (Nd:Yag 532 nm, Nanosekunden-Pulse)

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Übertragung metallischer Nanomuster • Entwicklung von Elektronenstrahl- auf ein Substrat durch Reaktives lithographie für die Kombination Ionenätzen (RIE) zur benetzungskontrollierten Ab- scheidung von Mizellen

• Einarbeitung des neuen Doktoranden • Experimente zur Dekoration von in die Ionenbestrahlung metallischen Elektroden mit metallischen Nanoteilchen (Pd und Pt auf Gold)

Teilprojekt B2

3. Halbjahr

Universität Konstanz

• Entwicklung von Verfahren zur Nanostrukturierung durch Laserablation und Ionenbestrahlung von Kolloidmasken• Untersuchung des Einflusses von Wellenlänge und Leistung der verwendeten Laserstrahlung auf die Modifikation von Nanostrukturen ( Nd: YAG-Laser in Grundmode und zweiter Harmonischer, Excimer-Laser )

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Experimente zur Legierungsbildung • Experimente zur definierten Be- in Nanoteilchen, sowie zu ihrer ther- ladung von Mizellen mit verschie- mischen Stabilität denen Metallen

• Untersuchungen zur Oberflächendif- • Darstellung von Blockcopolymer- fusion von Nanomustern Silikathydridstrukturen für

3D-Nanostrukturen• Ionenbestrahlung von Nanoteilchen

Teilprojekt B2

4. Halbjahr

Universität Konstanz

• Entwicklung von Verfahren zur Herstellung langreichweitig geordneter magne- tischer Kolloidmasken• Untersuchungen zum Aufprägen von Vorzugsrichtungen bei Kolloidmasken durch Einsatz vorstrukturierter Substrate (Photo- und Elektronenstrahllithographie)• Untersuchung des Einflusses der Pulsdauer (Nanosekunden bis Femtosekunden) der verwendeten Laserstrahlung auf die Modifikation von Nanostrukturen

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Experimente zur Legierungsbildung • Selektive Isolation und organische in Nanoteilchen Funktionalisierung der metallde-

korierten Elektroden• Untersuchungen zur Oberflächendif- fusion von Nanomustern • Entwicklung von Polymeren, die

leichter rückstandsfrei abgebaut• Ionenbestrahlung von Nanoteilchen werden können

Erste AnwendungenErste Anwendungen

I. Funktionalisierte Diamant Oberflächen: Elektronen Emitter

isotropes Sauerstoff-Plasma

anisotropes O2/CHF3 - Plasma

AufsichtGedreht um 60°

Au

Diamant

Plasma

8 min geätzt: hPillar=35 nm Nach 12 min: hPillar=46 nm.

Nach 16 min:

SEM 30°

60 nm

Strahlenschaden bei Ionenbeschuß

300 keV He+

300 keV Kr+

Au 10keV

nach

1,5 ps

MD-Simulation (R.S. Averback)

Thermal Spike

TRIM-Simulationen

Kolloidale Masken

REM - Aufnahme

mit 15 nm AuIn2 bedampft

Kugelgröße: 1,7 µm

Geordnete Nanostrukturen

• Ablösen der Kugeln mit Chloroform oder Tesafilm• Ringe aus Surfactants

Scanbereich 2 2 µm², (Tapping)

AFM-Aufnahme

Bestrahlung geordneter Nanostrukturen

• Bestrahlt mit 2 1014 Ar+ /cm² (300 keV, 90 K)• Wachstum an den Stellen der Ringe von symmetrischen

Hügeln• Hügeln enthalten oberflächlich Gold, aber kein Kohlenstoff• Volumenzunahme bisher ungeklärt

Scanbereich 3 3 µm², Tapping-Mode

AFM-Aufnahme

Bestrahlung dünner AuIn2-Filme

unbestrahlt bestrahlt (2 1014 Ar+ / cm² 300 keV, RT)

Scanbereich je 500 500 nm² , Contact-Mode

AFM-Aufnahmen, Filmdicke 5 nm

Veränderung der mittleren Korngröße

Zunahme der lateralen Ausdehnung um 65%

-30 -20 -10 0 10 20 30

0

5

10

15

20

2*1014

Ar+/cm² (300 keV, RT)

unbestrahlt bestrahlt

Höh

e [n

m]

Breite [nm]

Teilprojekt B2

5. Halbjahr

Universität Konstanz

• Untersuchungen zum Aufprägen von Vorzugsrichtungen bei Kolloidmasken durch Einsatz vorstrukturierter Substrate (AFM, Mikrokontaktstempeln)• Experimente zu laserinduzierten Phasenumwandlungen in Nanostrukturen

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Experimente zur Legierungsbildung • Entwicklung kombinierter Top-down/ in Nanoteilchen Bottom-up Verfahren für die Ab-

scheidung metallischer Nanodrähte• Untersuchungen zur Oberflächendif- fusion von Nanomustern • Elektroless Deposition zum

"Verschweißen" der Punktmuster• Ionenbestrahlung von Nanoteilchen aus organischer Lösung

• Laserbestrahlung von Nanoteilchen

Teilprojekt B2

6. Halbjahr

Universität Konstanz

• Untersuchungen zur Kombination der verschiedenen Techniken der Kolloid- Lithographie zur Herstellung von komplexeren Nanostrukturen• Charakterisierung laserinduzierter optischer Eigenschaften von Nanostrukturen

Universität Ulm

Festkörperphysik: Organische Chemie III:

• Experimente zur Legierungsbildung • Elektrische Kontaktierung der in Nanoteilchen Nanodrähte

• Ionenbestrahlung von Nanoteilchen

• Laserbestrahlung von Nanoteilchen

Bestrahlung mit leichten He+-Ionen

unbestrahlt bestrahlt (2 1016 He+ / cm² 300 keV, 93,4 K)

Scanbereich je 500 500 nm² , Contact - Mode

AFM-Aufnahmen, Filmdicke 7 nm

Bestrahlung mit leichten He+-Ionen

Zunahme der lateralen Ausdehnung um 9%

-10 -5 0 5 10

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,52*10

16 He

+/cm² (300 keV, 93,4 K)

unbest. best.

Höh

e [n

m]

Breite [nm]