复合纳米减反射结构的研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN203密级：公开UDC：621.3学号：149641复合纳米减反射结构的研究研究生姓名：张浩导师姓名：娄朝刚教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年8月27日二级学科名称物理电子学学位授予日期2018年8月日答辩委员会主席评阅人2018年8月27日博士学位论文复合纳米减反射结构的研究专业名称：物理电子学研究生姓名：张浩导师姓名：娄朝刚COMPOSITEANTIREFLECTIVENANOSTRUCTURESADissert

2、ationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGHaoSupervisedbyProf.LOUChao-gangSchoolofElectronicsScienceandEngineeringSoutheastUniversityAugust2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地

3、方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除

4、在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要如何利用减反射结构有效地提升光电器件的性能一直是重要的研究课题。近年来，随着纳米光学的快速发展，纳米结构被广泛地用于减反射结构的设计。其中，SiO2纳米柱阵列因其良好、稳定的光学性能在减反射结构中占有重要地位。利用斜角沉积技术制备的SiO2纳米柱阵列不仅拓宽了材料的折射率范围，还提供了丰富的

5、微纳形貌。Ag纳米颗粒独特的光学性质使其被广泛用于减反射结构的设计。如何调控Ag纳米颗粒的表面等离子激元共振特性，合理利用其产生的强烈光散射及近场增强是目前减反射研究的热点问题。论文以SiO2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒的复合结构为对象来研究新型纳米减反射结构的制备方法和光学性质。复合纳米结构的制备分为两步，先利用电子束斜角沉积的方法在基底上制备SiO2纳米柱阵列，再通过热蒸镀的方式在SiO2纳米柱阵列上沉积Ag膜以形成Ag纳米颗粒。在SiO2纳米柱阵列的影响下，上层Ag纳米颗粒形成具有宽波段表面等离子共振特

6、性的尺寸分布，使得SiO2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒复合结构呈现出宽波段的减反射性能。具体工作如下：通过改变斜角沉积过程中的沉积角度，制备了直径可调节的SiO2纳米柱阵列，并从随沉积角度变化的表面迁移距离和粒子流密度的角度，定性解释了其形成机制。依据实验结果，对沉积角度与纳米柱倾斜角关系的经验公式进行了修正，并提出了一个纳米柱阵列薄膜的质量密度与沉积角度关系的经验公式。在硅基底上制备出了SiO2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒的复合结构。测试结果显示，此复合结构将硅表面的平均反射率在400-1100nm波段内降低到

7、5.75%、在可见光（400–700nm）波段内降低至3.84%，而且此结构在可见光波段的反射率波动远小于其他结构。其原因在于上层Ag纳米颗粒的尺寸取决于分离的SiO2纳米柱的的尺寸，使得小尺寸Ag颗粒的数量较多。采用时域有限差分法进行的模拟结果表明，不同尺寸的Ag纳米颗粒具有不同的表面等离子激元共振波长，在共振波长处的反射率明显低于其他波长，而小尺寸Ag纳米颗粒的增加使得这种复合结构在较宽的波长范围内都会产生较强的表面等离子激元的共振，从而具有了宽波段的减反射性质。在此基础上，SiO2纳米柱阵列与Ag纳

8、米颗粒复合结构也被用在了柔性聚酰亚胺基底上。测试结果显示，与其他减反射结构相比，在平面基底和弯曲基底两种情况下，这种复合纳米结构都具有更好的宽波段减反射性能。随着入射光角度的增大，平面基底上I东南大学博士论文的复合纳米结构的反射率曲线最低点位置发生蓝移，这有利于其在弯曲表面反射率的降低。这种现象的产生是由于在入射光角度较大的情况下，Ag纳米颗粒的共振电子可移动距离的减小和颗粒间耦合作用的减弱造成电子的振动频率加快。因为这一蓝移