Laser-induced patterning of Co nanostructures under ambient conditions

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REPORT


0890-Y04-06.1

Laser­induced patterning of Co nanostructures  under ambient conditions C.Favazza*, J.Trice, H.Krishna, and R.Kalyanaraman Dept. of Physics, Washington University, St. Louis, MO Center for Materials Innovation, Washington University, St. Louis, MO ABSTRACT      Increasing the efficiency and the relative ease of creating ordered nanostructures is essential  to the advancement of nanotechnology.  The practical benefits from ambient processing of  nanostructures, like reduced complexity and increased efficiency, make it an important avenue  for investigation as nanomanufacturing processes. We have recently shown that pulsed laser  melting of ultrathin metal films in vacuum leads to nanostructure ordering presumably due to  metal dewetting. Here we show that UV pulsed laser irradiation (9 ns pulse width) of ultrathin  Co films on SiO2 substrates under ambient conditions with a two­beam laser interference pattern  generates Co nanoparticles with both long­ and short­range order (LRO and SRO) and are  qualitatively comparable to those created in vacuum.  Furthermore, preferential etching of the  metal shows that there is minimal interaction of the Co with the substrate. These results show  that the presence of oxygen in the ambient does not substantially influence the resulting  nanostructure formation. Therefore, ns pulsed laser processing under ambient conditions may be  a practical way to realize ordered metal nanostructures. INTRODUCTION      Developing new methods to create ordered nanostructures in an easy and efficient manner is  appealing for purposes of both experimental study and manufacturing.  We have recently shown  that melting a thin metal film with a laser interference pattern to change its morphology and in  turn create ordered nanostructures appears to be an effective technique.  These previous studies  concentrated on understanding the processing of thin metal films in ultrahigh vacuum [1,2].  In  this work, we report on our preliminary investigations of the processing of Co films on SiO2  using a 9 ns pulse width UV laser under ambient conditions. There are many motivations for  processing in ambient conditions, including the ease of sample handling and the ability to rapidly  generate a large amount of quantitative information on the pattern formation.  Our preliminary  experiments show that when ultrathin Co films are irradiated in air, pattern formation is  qualitatively similar to irradiation in vacuum [3].  Using two­beam interference irradiation, we  show long range ordering of Co nanoparticles.   Furthermore, etching of the patterns using a  preferential metal etch suggest that interfacial interactions of the Co with the SiO2 substrate are  minimal.  

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Contact author at [email protected]

0890-Y04-06.2

EXPERIMENT      A Cobalt film with a thickness of 4 nm was deposited onto SiO2/Si(100) substrate using e­ beam evaporation.  The substrate was commercially obtained from Silicon Quest International  and had a 400 nm thick thermally­grown oxide layer on polished Si(100)