В работах по исследованию фрагментации органических пленок MnPc и PTCDA под действием импульсного лазерного излучения была обнаружена зависимость масс-спектров частиц десорбционного потока от кратности облучения [1]. Происходит модификация пленок, проявляющее как изменение параметров поверхности. В частности, воздействие лазерного излучения на поверхность пленок перилена в спектральной области фундаментального поглощения вызвало изменение оптических свойств облученных участков [2]. С помощью интерференционного микроскопа МИИ-4 было обнаружено изменение отражательной способности облученных областей. Более детальное исследование облученных участков пленок MnPc (80 нм) с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) показало, что происходит необратимое изменение состояния поверхности [3]. В связи с чем, в данной работе ставилась задача исследования топографии поверхности пленок PTCDA и PTCDI(C7H7)2 методами АСМ и закономерностей модификации органических пленок импульсным лазерным излучением наносекундной длительности.
Объекты исследования и техника эксперимента. В качестве источника излучения использовался Nd3+ YAG лазер с энергией кванта 2.34 эВ и длительностью импульса 10 нс. Длина волны лазера попадает в спектральную область собственного поглощения используемых органических пленок как PTCDA, так и MnPc. Пленки PTCDA наносились на поверхность GaAs (100) с использованием ячейки Кнудсена в вакууме 10-5 Па. В качестве исходного материала использовался очищенный порошок производство компании «Aldrich Chem. Co.». Скорость осаждения составляла 0.1нм/с. Толщина пленок контролировалась резонансным методом во время напыления. Качество (молекулярный состав) пленок оценивалась сравнением ИК – спектров поглощения пленок и исходного порошка. Исследование топографии поверхности облученных пленок проводилось в условиях форвакуума (10-1 Па) с использованием атомно-силового микроскопа NTEGRA-AURA компании NT-MDT.
Результаты экспериментов и их обсуждение. Известно, что при осаждении молекул PTCDA на горячую подложку происходит их частичная фрагментация с последующей десорбцией фрагментов с поверхности пленки [4]. Согласно результатам работы [5], легкие фрагменты, осколки карбонильной части молекулы PTCDA, начинают присутствовать в спектрах десорбционного потока при температуре 350К, а фрагментация остова молекулы начинается при 470К.
Учитывая эти результаты, а также планируя последующую обработку лазерным излучением, в данной работе осаждение органических пленок осуществлялось без нагрева подложки. В этом случае поверхностная диффузия затруднена, из-за низкой температуры, и осажденные молекулы образовывают на поверхности подложки агломераты – кластеры. Происходит двумерный островковый рост с образованием малоподвижных кластеров и в результате пленки имеют столбчатую структуру. Необработанная пленка выглядит довольно неровной, и далее она подвергалась облучению импульсным лазерным излучением.
Действие лазерного излучения в спектральной области собственного поглощения пленки приводит к уплотнению поверхностного слоя пленок. Можно выделить три различных участка в зоне облучения, где произошло уплотнение и ступенчатое удаление пленки (рис. 1a). Одиночный скан, представленный на (рис. 1b) взят с уровня 55 – го мкм по горизонтали. В центральной части области облучения уровень поверхности опустился на 34 нм ниже по сравнению со следующей ступенькой, которая в свою очередь опустилась на 20 нм (рис. 1b). Соответственно толщина пленки в этих участках зоны облучения составит 80 нм на первой ступеньке и 46 нм в центральной части. Рельеф поверхности в пределах ступенек после облучения стал более ровный с колебаниями по высоте менее 3 нм. Выброс высотой 1 мкм в конце графика имеет ширину около 2 мкм. По все видимости это часть пленки свернулась в комок неправильной формы. Такую же природу имеют остальные, более низкие выступы. Обнадеживающие результаты по полному удалению разрушенного верхнего слоя были получены при использовании пленок на основе молекулы PTCDI(C7H7)2 c азот содержащими заместителями в карбонильной части.
Рис. 1. Топография облученного импульсным лазерным излучением участка поверхности пленки PTCDA (a), рельеф поверхности по горизонтали на уровне 55 мкм (b)
Пленки PTCDI(C7H7)2, как и PTCDA, наносились на подложки из арсенида галлия термически в вакууме 10-5 Па.
Заключение. В результате лазерно-стимулированной модификации органических пленок обнаружено, что действие лазерного излучения приводит к необратимому изменению топографии поверхности. Если длина волны падающего излучения попадает в область собственного поглощения, то происходит перестройка поверхности наблюдаемое как выравнивание поверхности в АСМ измерениях.
Работа выполнена по заданию министерство обазования и науки РФ (проект №2.2527.211) на оборудование Научно Образовательного Центра естественных наук.
Библиографическая ссылка
Пашков А.Д., Туриев А.М., Туриев А.М., Бутхузи Т.Г., Рамонова А.Г, Хайманов С.А., Абаева В.В. 1Еналдиева Е.В., Цидаева Н.И. ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-2. – С. 118-119;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34013 (дата обращения: 22.11.2024).