Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В последнее время возрос интерес к изучению низкотемпературной (холодной) плазмы атмосферного давления в различных газах. Этот интерес связан прежде всего со взаимодействием плазмы с поверхностями, а также с биообъектами [1, 2].
В нашей работе исследовано изменение поверхностей кремния с нанонитями, при взаимодействии холодной плазмы гелия и аргона. В исследовании использовался самодельный источник плазмы мощностью не более 10 Вт. На рис. 1 представлен источник холодной плазмы, который работает в двух режимах: двухэлектродный и одноэлектродный. В одноэлектродном случае в качестве второго электрода использовалась заземленная металлическая станина, на которую устанавливались образцы кремниевых подложек. Минимальная мощность генерации плазмы составляла в гелии порядка 1 Вт, а в аргоне — 5 Вт. В качестве источника питания использовался источник постоянного тока, который возбуждал генератор на частоте 30 кГц. В качестве выходного каскада применялся модернизированный высоковольтный строчный трансформатор типа ТВС-90ЛЦ2-1 или аналогичный. На тепловизоре не была видна исходящая из трубки плазма, это говорит о том, что ее температура близка к комнатной. При этом на снимке, сделанном в естественном свете, плазменная струя наблюдается.
На рис. 2 показаны образцы кремниевых нанонитей до и после обработки холодной плазмой гелия и аргона. На фотографиях вида сбоку (рис. 2, a, c, e) видно, что структура нанонитей преобразована плазмой не на всю глубину слоя нитей. Вид сверху (рис. 2, b, d, f) показывает, что обработка плазмой ведет к расширению верхних частей нанонитей.
Полученные результаты можно объяснить следующим образом. Разрушение нанонитей обусловлено возникновением при обработке плазмой падения напряжения на наноструктурах размером порядка 100 нм, что вызывает локальные аномально большие напряженности электрического поля, разрывающие связи атомов кристаллического кремния. При этом даже малые падения напряжения (единицы вольт) на наноструктурах создают напряженности поля порядка 105...106 В/см. В качестве примера деструктивного воздействия поля можно привести известный результат разрушения клеточной мембраны при падении на ней напряжения 1 В с возникновением процесса порообразования [3, 4].
Энергодисперсионный рентгеновский анализ показал, что после обработки плазмой происходит значительное увеличение кислорода в обрабатываемых образцах. Количество кислорода на поверхности образца увеличивается с 18 до 40 %, а кремниевые нанонити приобретают грибовидную пористую морфологию. На рис. 3 представлена карта распределения кислорода в области воздействия плазмы на кремниевые нанонити.
Исследовано влияние холодной плазмы атмосферного давления с несущими инертными газами (гелий и аргон) на слои кремниевых нитевидных наноструктур на кристаллических кремниевых подложках. Несмотря на небольшие мощности возбуждения плазмы и низкую температуру обрабатываемых образцов наблюдалось эффективное окисление кремниевых наноструктур и изменение их формы в области воздействия плазменной струи.
