Тойкка Андрей Сергеевич, аспирант, кафедра фотоники; младший научный сотрудник, отдел перспективных разработок
197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5
188300, Ленинградская обл., Гатчина, Орлова роща, д. 1
Scopus Author ID 57216272706
Andrei S. Toikka, Postgraduate Student, Photonics Department; Junior Researcher, Advanced Development Division
5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197022
1, Orlova Roshcha, Gatchina, Leningradskaya oblast, 188300
Scopus Author ID 57216272706
Каманина Наталия Владимировна, д.ф.-м.н., заведующая отделом фотофизики наноструктурированных материалов и устройств; заведующая лаборатории фотофизики сред с нанообъектами; профессор, кафедра фотоники; ведущий научный сотрудник, отдел перспективных разработок
192171, Санкт-Петербург, ул. Бабушкина, д. 36
199053, Санкт-Петербург, Кадетская линия В.О., д. 5
197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5
188300, Ленинградская обл., Гатчина, Орлова роща, д. 1
Scopus Author ID 55980751700
Natalia V. Kamanina, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Laboratory of Photophysics of Nanostructured Materials and Devices; Head of the Laboratory of Photophysics of Media with Nanoobjects; Professor, Photonics Department; Lead Researcher of Advanced Development Division
5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197022
1, Orlova Roshcha, Gatchina, Leningradskaya oblast, 188300
36, Babushkina ul., St. Petersburg, 192171
5, Kadetskaya Liniya V.O., St. Petersburg, 199053
Scopus Author ID 55980751700
Цели. Цель работы – исследование влияния обработки поверхностными электромагнитными волнами (ПЭВ) тонких проводящих пленок на основе оксидов индия и олова (indium tin oxides, ITO) с лазерно-осажденными одностенными углеродными нанотрубками (УНТ) на рефрактивные свойства, оценка эффективной толщины слоя лазерно-осажденных УНТ до и после ПЭВ-обработки.
Методы. Для формирования структур использовался метод лазерно-ориентированного осаждения с применением CO2-лазера (λ = 10.6 мкм). Диагностика модификаций тонких пленок ITO осуществлялась при помощи эллипсометра в спектральном диапазоне 300–1000 нм. Для описания оптических свойств подложек крон К8 и тонких пленок ITO использовалась модель Коши. Для интерпретации результатов эллипсометрии модификаций ITO с УНТ была введена модель виртуального слоя с эффективной толщиной. При постобработке поверхности использовался CO2-маркер (λ = 10.6 мкм) для генерации ПЭВ. Оценка влияния ПЭВ-обработки на толщину виртуального слоя проводилась при помощи эллипсометрии и атомно-силовой микроскопии в контактном режиме.
Результаты. На основе данных эллипсометрии установлено, что эффективная толщина слоя УНТ находилась в диапазоне 24–26 нм. После ПЭВ-обработки толщина эффективного слоя УНТ снизилась до 4–8 нм. При осаждении УНТ на поверхность ITO и последующей ПЭВ-обработке поверхности снижаются потери на отражение для p-поляризованного излучения. В спектральном диапазоне 400–750 нм при угле падения относительно нормали к плоскости структур 65° наблюдается снижение отражения с 18.5% до 13.5% относительно ITO без УНТ и ПЭВ-обработки, при 71° – снижение с 6.4% до 4.7%, при 77° – снижение с 1.8% до 1.2%.
Выводы. Для тонких пленок на основе ITO с лазерно-осажденными УНТ доступен метод ПЭВ-обработки, которая позволяет сохранить просветляющие свойства УНТ и обеспечивает прецизионное снижение толщины композитной структуры. Указанные возможности позволяют использовать исследуемые модификации ITO в задачах оптической электроники, микрофлюидики и биомедицины.
Objectives. The article investigates the effect of surface electromagnetic wave (SEW) treatment on the refractive properties of thin conducting films based on indium tin oxide (ITO) with laser-deposited single-walled carbon nanotubes (CNTs). The effective thickness of the layer of laser-deposited CNTs before and after SEW treatment is evaluated.
Methods. A laser-oriented deposition method employing a CO2 laser (λ = 10.6 µm) was used to form the structures. Diagnostics of modifications of ITO thin films were carried out using an ellipsometer operating in the spectral range of 300–1000 nm. The Cauchy model was used to describe the optical properties of K8 crown substrates and ITO thin films. To interpret the ellipsometry results of ITO modifications with CNTs, an effective-thickness virtual layer model was introduced. During post-processing of the surface, a CO2 marker (λ = 10.6 µm) was used to generate SEW. The influence of SEW treatment on the thickness of the virtual layer was assessed using ellipsometry and atomic force microscopy in contact mode.
Results. Based on the ellipsometry data, the effective thickness of the CNT layer was in the range of 24–26 nm. Following SEW treatment, the thickness of the effective CNT layer decreased to 4–8 nm, indicating the possibility of precision processing of the ITO surface with CNTs using SEW. When CNTs are deposited on an ITO surface with subsequent SEW treatment of the surface, reflection losses for p-polarized radiation are reduced. In a spectral range of 400–750 nm at an angle of incidence relative to the normal to the plane of structures α = 65°, a decrease in reflection is observed from 18.5% to 13.5% relative to ITO without CNTs and SEV treatment; at α = 71°, a decrease from 6.4% to 4.7% is observed; at α = 77°, a decrease from 1.8% to 1.2%.
Conclusions. For ITO-based thin films with laser-deposited CNTs, the described SEW treatment method provides a precise reduction in the thickness of the composite structure while preserving the antireflective properties of the CNTs. These capabilities make it possible to use the studied ITO modifications in solving problems in optical electronics, microfluidics, and biomedicine.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.