本文關鍵詞：銀納米線—氧化鋁復合薄膜制備與光學性能研究

  更多相關文章： 磁控濺射 納米線陣列 表面等離子體共振 瞬態(tài)非線性光學

【摘要】：表面等離子體共振(SPR)源于金屬表面自由電子的集體振蕩,它是入射光子激發(fā)金屬介面自由電子的產物。金屬納米線陣列與電介質復合的結構,由于具有特殊的結構特征(各向異性、周期性),其表面等離子體共振行為獨特,在光、電、磁等物理性質方面呈現(xiàn)明顯的各向異性,廣泛應用于負折射、亞波長成像、超快光開關等領域。目前,制備金屬納米線陣列復合薄膜最常用的是模板法,然而該方法卻存有許多局限性,例如：制備工藝復雜,不適合大面積制備,不易與其他功能器件集成,電沉積要求襯底導電等,制約了對金屬納米線陣列復合薄膜的應用。本論文中,我們提出并開發(fā)了一種非模板的方法,制備銀納米線陣列-氧化鋁復合薄膜。該方法基于磁控共濺射技術,并輔助襯底偏壓蝕刻,一步制備銀納米線陣列復合薄膜,制備過程不需要任何誘導劑,也不產生廢棄物,是一種綠色無污染的制備工藝。該工藝制備納米線陣列的原理是通過施加襯底偏壓,使得氬離子轟擊共濺射沉積的薄膜,氬離子的轟擊對銀的結晶和生長方向具有選擇性,銀的(111)晶面優(yōu)先生長。該工藝對襯底材料的選擇具有多樣性,可以低成本、大面積制備。傳統(tǒng)模板法制備的金屬納米線,直徑通常在幾十個納米的尺度,而利用我們設計的制備工藝,銀納米線的直徑和間距能夠達到10nm以下,直徑最小可達2nm。通過磁控濺射技術,我們可以在粗糙襯底、柔性襯底等復雜環(huán)境下制備銀納米線陣列,可以將氧化鋁介質替換成氧化硅等其他陶瓷介質,甚至可以堆疊構筑雙層或三層的銀納米線陣列薄膜。本論文通過實驗與模擬計算相結合的方式,研究了這種超細、密排的銀納米線陣列復合薄膜的光學性能。利用DDSCAT計算軟件模擬了球體、圓球二聚體、圓柱體甚至到納米線陣列結構的表面等離子體共振規(guī)律,掌握納米結構的尺寸、形狀、環(huán)境介質、耦合等因素對共振特征的影響規(guī)律。研究了制備沉積參數改變對銀納米線陣列薄膜的影響,如銀靶沉積功率、沉積時間、偏壓刻蝕功率等參數,解釋了銀納米線陣列SPR行為對直徑、間距等結構因素的超敏感性,并通過制備參數的綜合,實現(xiàn)從可見光到近紅外范圍調節(jié)納米線軸向共振峰的峰位。另外,利用飛秒泵浦-探測系統(tǒng),研究了銀納米線-氧化鋁薄膜的瞬態(tài)非線性光學性能,這種復合薄膜能夠實現(xiàn)2ps以下的超快光信號調制。在此基礎上改變了探測光的入射角度和泵浦激光的激發(fā)功率,研究對銀納米線-氧化鋁薄膜弛豫過程的影響。通過構筑雙層和三層陣列薄膜堆疊的結構,在可見光范圍的寬譜(480nm-780nm)超快光響應。這種具備超快光調制特性的銀納米線陣列超材料在光通信、光計算等領域具有應用前景。
【關鍵詞】：磁控濺射 納米線陣列 表面等離子體共振 瞬態(tài)非線性光學
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 表面等離子體共振11-21
• 1.2.1 表面等離子體共振的基本概念11-13
• 1.2.2 表面等離子體共振的物理機制13-16
• 1.2.3 表面等離子體共振的影響因素16-17
• 1.2.4 表面等離子體共振的模擬計算17-19
• 1.2.5 表面等離子體共振的應用領域19-21
• 1.3 納米材料21-23
• 1.3.1 納米材料的簡介21
• 1.3.2 銀納米材料21-22
• 1.3.3 金屬納米線陣列22-23
• 1.4 本論文研究目的及內容23-25
• 1.4.1 課題研究目的23
• 1.4.2 課題研究內容23-25
• 2 實驗方法與模擬計算25-38
• 2.1 實驗裝置25-28
• 2.1.1 磁控濺射裝置25-26
• 2.1.2 光學檢測裝置26-27
• 2.1.3 薄膜分析測試方法27-28
• 2.2 模擬計算28-38
• 2.2.1 球體的模擬計算28-30
• 2.2.2 圓球二聚體的模擬計算30-33
• 2.2.3 圓柱體的模擬計算33-38
• 3 銀納米線陣列薄膜穩(wěn)態(tài)光學性能的研究38-59
• 3.1 引言38
• 3.2 陣列復合薄膜的制備及光學性能38-42
• 3.2.1 制備工藝流程及薄膜結構表征38-41
• 3.2.2 陣列復合薄膜的光學性能檢測41-42
• 3.3 銀靶沉積功率對陣列薄膜的影響42-48
• 3.4 沉積時間對陣列薄膜的影響48-50
• 3.5 襯底偏壓刻蝕功率對陣列薄膜的影響50-53
• 3.6 替換陣列薄膜的襯底材料53-56
• 3.6.1 粗糙襯底54-55
• 3.6.2 柔性襯底55-56
• 3.7 替換陣列薄膜的陶瓷介質56-57
• 3.8 本章小結57-59
• 4 銀納米線陣列薄膜瞬態(tài)非線性光學性能的研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 陣列薄膜超快光響應的研究59-64
• 4.2.1 飛秒泵浦探測瞬態(tài)光學性能59-62
• 4.2.2 不同探測光入射角度62-63
• 4.2.3 不同泵浦激光激發(fā)功率63-64
• 4.3 多層銀納米線-氧化鋁復合薄膜的寬譜超快光響應64-67
• 4.3.1 雙層銀納米線陣列復合薄膜65-66
• 4.3.2 三層銀納米線陣列復合薄膜66-67
• 4.4 本章小結67-69
• 5 總結與展望69-71
• 5.1 總結69-70
• 5.2 展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-79
• 附錄79

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本文編號：688005