ag复合薄膜制备及光学性质的研究

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1、中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：趣殛20o]年6月矿日中田科学技术大学物理系·赵亚丽硕士论

2、文摘要Au、Ag，Ca和削等金属颗粒在与外电磁波相互作用中，电子云相对原子实会发生移动，同时原子实和电子元之间的库仑力使电子云回到原来的位置，这样电子元在外电场的作用下做受迫振动。当颗粒粒径远远小于入射波长，且颗粒固有振荡频率和入射波长相近时，会发生表面等离子体共振吸收，在颗粒周围产生局域电磁场，且相比外电磁场有很大的增强。由于Al和Cu容易被氧化，而Ag的表面增强效应达到Au的2．3倍，因此Ag颗粒的光学增强性质成为人们研究的焦点。Ag颗粒的复合薄膜研究也应运而生。Ag颗粒复合薄膜是指Ag颗粒镶嵌在一种介质中。在外电场作用下，在Ag颗粒间会产生局域增强的电磁波，这种局域增强

3、的能量对处于附近的ZnO等发光半导体的荧光效应也有明显的增强。但是由于其增强区域的局域性——即增强的电磁波被局域到Ag颗粒之间几衄的范围内，这样只有分布在复合薄膜表面附近的局域能量才有被利用的可能。在我们的实验中，根据Ag向表面扩散的特性，应用快速退火的工艺，使得Ag颗粒主要分布在薄膜的表面．在制备复合薄膜时，Ag和介质薄膜不同的镀膜顺序，对Ag颗粒形貌和颗粒粒径分布都会产生不同的影响，进而对复合薄膜光学性质产生影响。同时Ag如果在介质Si02内部扩散，与$i02相互作用会形成一种特殊小平面结构，由于平面小颗粒之间特殊的合并方式，使Ag颗粒出现特殊的结构，表现出特殊的光学性质

4、。颗粒的固有震荡频率主要取决于电荷的浓度、电子有效质量、电荷的分布和电荷分布的尺寸．这些因素和Ag颗粒的大小、形状，浓度．粒径分布有很大的关系．在本篇论文中，我们通过控制各种实验条件，制备了不同形貌的Ag颗粒，并且分析了以上各个因素对其光学性质的影响。另一方面，我们通过实验工艺控制，使$ich颗粒镶嵌在Ag薄膜中，同样表现出表面等离子体共振吸收特性，其效果与Ag颗粒镶嵌在si02薄膜中的情形相当。因此得出结论，在外电场的作用下，就会在介电常数实部符号相反的两种介质上界面上产生感应电荷，其中任意介质的尺度远远小于入射波长，就可以产生表面等离子中田科学技术大学物理系·赵亚丽硕士论

5、文共振吸收。在文中，我们也分析了四极子共振吸收产生的条件，它不同于上述偶极震荡产生的增强效应，但也具备一定的应用前景。关键词：Ag复合薄膜、磁控溅射、Ag颗粒形貌、共振吸收、增强效应、快速退火中田科学技术大学物理系·赵亚丽硕士论文AbstractWhenametalnanoparticlc，such镐Au、Ag、CuandAl，irradiatedbylight,theoscillatingelectricfiledcouldcalLsetheconductionelectronstooscillatecoherently．Whentheelectroncloudisdisp

6、lacedrelativetothenuclei，arestoringforcearisesfromCoulombAttractionbetweenelectronsandnucleithatresultinoscillationofelectroncloudrelativetothenuclearframework．Thecollectiveoscillationoftheelectronsisnamedthedipoleplasmonre∞∞瓣oftheparticle．Thedipoleplasmonresonanceisnot∞bresponsibleforastro

7、ngabsorptionband,butalsoforstrongenhancementoflocMelectricfield．Ontheodehand,itiseasilyoxygenatedforA1andCu．Ontheotherhand,comparedtoAu，themagnitudeenhancementismuchlargerforAg．TheenhancementofAgnanoporticleisattractsmoreaRcntionthanothersmetal．Agcomposi