Лазерные методы получения наноструктурированных прозрачных проводящих пленок благородных металлов для передовых устройств нанофотоники и оптоэлектроники

Прозрачные проводящие покрытия являются основополагающими строительными блоками при создании практически всех передовых устройств оптоэлектроники (фотодетекторы, солнечные элементы, светодиоды и т.д.). Такие покрытия активно применяются для изготовления сенсорных панелей, а также при строительстве транспортных средств и сооружений, использующих технологии “умных” окон, позволяя при приложении электрического напряжения модулировать их цвет/прозрачность, а также осуществлять препятствующий обледенению и запотеванию нагрев. Сочетание низкой инерционности процесса нагрева тонкопленочных элементов с высокой оптической прозрачностью открывает широкие возможности для создания многофункциональных устройств класса "лаборатория на чипе", которые востребованы в персонализированной медицине, микробиологии и биохимии. Среди большого разнообразия современных токопроводящих материалов (оксиды металлов, углеродные нанотрубки, проводящие полимеры и т.д.), не теряют свою популярность “классические” тонкие пленки (полу-)благородных металлов, обладающих низким удельным сопротивлением и высокой химической стабильностью. Такие пленки являются практически безальтернативным материалом для создания контактов в передовых полупроводниковых устройствах на основе перспективных ван-дер-Ваальсовых материалов, а также свинцово-галогенидных перовскитов. Кроме того, помимо выдающихся токопроводящих характеристик, наличие ярко-выраженных плазмонных свойств делает благородные материалы основой для создания различных наноструктур и метаповерхностей, обеспечивающих резонансный характер взаимодействия с падающим электромагнитным излучением, лежащим в основе передовых устройств фотоники, нелинейной оптики и оптических сенсоров. Дальнейшее развитие технологий, использующих металлические токопроводящие структуры, сопряжено с уменьшением высоких оптических потерь в металлах в видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах, как за счет соответствующего уменьшения исходной толщины пленки, так и за счет продуманной резонансной геометрии электродов, перфорированных наноотверстиями сложной формы. Классические методы термического, магнетронного и электронно-лучевого напыления пленок благородных металлов на ключевые в плане последующего применения подложках не позволяют создать сверхтонкие покрытия, вследствие реализации островкового режима роста Вольмера-Вебера. Вместе с тем, массовое производство указанных перфорированных структур потребует эффективных и экономически обоснованных решений в области прецизионного паттернирования токопроводяших пленок без вовлечения традиционных дорогостоящих многостадийных литографических подходов. Данный проект направлен на развитие лазерных методов создания сверхтонких токопроводящих покрытий с продуманной геометрией и компоновкой перфорирующих наноотверстий для передовых оптоэлектронных, нанофотонных и терморегулирующих устройств. В качестве основы таких покрытий будет использованы пленки благородных металлов и их сплавы, а в качестве методов – сочетание технологии импульсного лазерного, магнетронного и электронно-лучевого осаждения и прецизионной импульсной лазерной перфорации. Запланированные в проекте систематические исследования процессов роста тонких пленок позволят добиться воспроизводимого формирования сплошных проводящих покрытий сверхмалой толщины, обеспечивающей высокое базовое пропускание, которое будет увеличено за счет развития методов лазерной перфорации таких пленок. Обе выбранные технологии являются масштабируемыми, открывая перспективы быстрой интеграции ключевых результатов реализации проекта в плоскость реальных практических приложений - создания нового класса устройств оптоэлектроники (например, поляризационно- и спин-чувствительных фотодетекторов) и терморегуляции (например, управляемых “умных” покрытий с функцией анти-запотевания и анти-обледенения).