Ученые из Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН совместно с коллегами из Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирского государственного университета разработали новый способ получения сверхтонких прозрачных и электропроводящих золотых покрытий.
Впервые в мире удалось сформировать сплошную проводящую пленку золота толщиной всего три нанометра — без использования смачивающих подслоев и криогенного охлаждения подложки. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в международном журнале Applied Surface Science.
Когда золото осаждается на поверхность, оно сначала образует отдельные островки — крошечные участки из наночастиц, между которыми нет контакта. Чтобы получилась сплошная проводящая пленка, эти островки должны срастись. Толщина, при которой это происходит, называется порогом перколяции. Чем он ниже, тем тоньше и прозрачнее можно сделать проводящую пленку — поэтому его стараются максимально снизить. Обычно этого добиваются, добавляя специальные подслои или охлаждая поверхность до очень низких температур.
Команда из лаборатории физико-химических процессов в энергетике ИТ СО РАН под руководством доктора физико-математических наук Сергея Викторовича Старинского предложила простое решение: управлять порогом перколяции с помощью изменения площади лазерного пятна на золотой мишени при осаждении.
«Мы показали, что увеличение площади лазерного пятна при постоянной плотности энергии изменяет соотношение между кинетической энергией и потоком атомов золота, достигающих подложки, — поясняет инженер лаборатории физико-химических процессов в энергетике ИТ СО РАН Данил Антонович Колосовский. — Это напрямую влияет на слияние золотых островков. При оптимальных условиях пленка становится проводящей уже при толщине три нанометра».
Результаты были подтверждены численным моделированием и экспериментами. Полученные пленки одновременно отличались низким электрическим сопротивлением и высокой прозрачностью — сочетанием свойств, которых раньше нельзя было добиться без специальных подслоев или охлаждения до криогенных температур.
Разработанная технология открывает путь к созданию прозрачных и гибких электродов нового поколения для сенсорных экранов и гибких дисплеев, солнечных батарей и OLED-светодиодов, медицинских и носимых сенсоров, а также контактных линз дополненной реальности, где требуются тончайшие биосовместимые и прозрачные проводники.
«Наш метод прост, масштабируем и не требует модификации подложки, — отмечает Сергей Старинский. — Это фундаментальный шаг к управляемому синтезу наноматериалов с заданными свойствами для нано- и оптоэлектроники».
