"Уникальной особенностью нанотехнологии является возможность «превращения» с её помощью одного материала в другой, например, придания металлу свойств диэлектрика благодаря изготовлению из него структур нанометровых размеров. Настоящая алхимия😊. В нашем проекте мы радикально изменяем электродинамические свойства серебра путем формирования из него частиц нанометровых размеров, которые в дальнейшем играют роль миниатюрных, но невероятно мощных усилителей рамановского сигнала. При нанесении таких наночастиц на тончайшие пленки материалов мемристоров – искусственных синапсов нейроморфных микросхем – решается одна из наиболее актуальных задач современной микроэлектроники, связанная с необходимостью разработки высокочувствительного метода для быстрого и точного анализа молекулярного состава этих удивительных наноструктур, который недоступен при использовании как традиционной рамановской спектроскопии, так и гораздо более сложных аналитических подходов" – Бондаренко Анна Витальевна, руководитель проекта.
разработать концепцию и методику молекулярного экспресс-анализа пленок материалов мемристоров нанометровой толщины с применением рамановской спектроскопии для внедрения в практику научно-исследовательских подразделений предприятий микроэлектронной промышленности.
Наша главная задача - сделать исследование наноструктур доступнее и быстрее!
В ходе работы были синтезированы пленки оксидов титана и цинка методом золь-гель. Готовые образцы наносились на кремниевые подложки методом dip-coating. В итоге, были получены образцы разной толщины, которые в дальнейшем были исследованы с помощью рамановского спектрометра
Для решения проблемы невозможности исследования тонких образцов рамановской спектроскопией, была разработана методика формирования SERS активных образцов. Так, либо формировались SERS-активные подложки путем анодирования и последующего нанесения наночастиц серебра, на которые можно наносить пленки и проводить исследования, либо иммерсионным методом формировалось покрытие из наночастиц серебра на партнерских образцах.
| Демонстрация SERS-активности с помощью Rhodamine 6G Для демонстрации усиления рамановского сигнала на SERS-подложки наносилась тестовая молекула органического красителя. Из графика видно, что подложка обычного кремния не дает видимого сигнала от R6G, тогда как подложка с наноструктурами серебра явно усиливает сигнал. Из этого следует, что наша подложка обладает SERS-активностью. |
Далее мы исследовали усиление рамановского сигнала на партнёрском образце нитрида гафния (HfN) и нашем демонстрационном образце диоксида титана (TiO₂). Для TiO₂ мы сравнили усиление сигнала при нанесении: 1) непосредственно на кремниевую подложку, 2) на SERS-активную подложку. Кроме того, мы покрывали наш демонстрационный образец TiO₂ слоем наночастиц серебра (Ag NPs) поверх плёнки. Результаты показали, что наночастицы серебра, нанесённые поверх слоя TiO₂, обеспечивают усиление сигнала, сопоставимое с усилением от SERS-подложки. Аналогичное усиление рамановского сигнала наблюдалось при нанесении наночастиц серебра поверх партнёрского образца HfN.
- Синтез и Анализ структурВ ходе работы удалось произвести синтез оксидов металлов, а также поработать с образцами партнеров. Все образцы удалось проанализировать на рамановском спектрометре.
- Формирование SERS-образцовУдалось сформировать как SERS подножки для последующего нанесения оксидов на них, так и нанести наночастицы серебра на готовые пленки. Романовская спектроскопия показала высокую эффективность разработанной методики.
- Создание нейронной сетиНам удалось создать и обучить нейронную сеть, которая в дальнейшем поможет определять вещества по их спектрам и значительно облегчит анализ мемристивных нанопленок на романовском спектрометре.
Email: h.bandarenka@bsuir.by
220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П.Бровки, 6. Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники