Parameter optimization for the growth of silver micro- and nano-clusters on silicon substrate

Abstract

Metalne nanočestice zbog svojih osobina od iznimne su važnosti u širokom području znanosti. Pri tome su posebno zanimljive nanočestice plemenitih metala zbog znatno boljih optičkih i električkih osobina u odnosu na ostale metale. U ovome radu proučava se utjecaj depozicijskih parametara i temperature zagrijavanja na sintezu srebrenih nanogrozdova iz tankih filmova dobivenih DC magnetronskim rasprašenjem na supstratu od silicija i silicija sa tankim slojem $Al_2O_3$ nanesenog metodom depozicije atomskih slojeva. Za uzorke sa silicijem kao supstratom istraživao se utjecaj različitih temperatura zagrijavanja na raspodjelu veličina nastalih nanočestica, te na njihovu geometrijsku raspodjelu. Pokazalo se da s povećanjem temperature geometrija nanočestica postaje pravilnija, dok se veličina istih povećava. Za uzorke sa slojem $Al_2O_3$ uspoređivao se utjecaj depozicijskih parametara, točnije debljine stvorenog filma na veličine nanogrozdova. Uzorci su nakon depozicije zagrijavani na dvije temperature. Pokazalo se da površina od $Al_2O_3$ pogoduje rastu grozdova, što kao posljedicu ima da se gotovo sav materijal filmova skuplja u veće strukture, dok od ostatka materijala na površini supstrata preostaju nanogrozdovi većinom promjera do 30 nm.Metallic nanoparticles, noble ones in particular, are of significant interest in a wide field of scientific studies because of their unique optical and electrical properties. In this thesis the influence of deposition parameters and annealing temperature in the formation of silver nanoparticles from thin silver films deposited by DC magnetron sputtering on silicon substrates and silicon substrates with a ALD layer of $Al_2O_3$ is studied. The influence of different annealig temperatures on the size distribution of silver nanoparticles was studied on the silicon substrates. It was shown that with increasing annealing temperature the geometry of the nanoparticles became more regular,but also that the size of the nanoparticles increased. For the substrates with the layer of $Al_2O_3$ the influence of the deposition parameters, specifically the thickness of the sputtered film on the size distribution of nanoparticles was compared. Afterdeposition, the substrates were annealed at two differenttemperatures. It was shownthat the layer of $Al_2O_3$ has a positive influence of cluster growth, which resulted in the formation of large clusters containing most of the film material. The rest of the material was regularly distributed on the remaining surface in the form of small nanoparticles the size of up to 30 nm