銀納米線-氧化鋁復(fù)合薄膜制備與光學(xué)性能研究.pdf

1、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(chǎn)物。金屬納米線陣列與電介質(zhì)復(fù)合的結(jié)構(gòu)，由于具有特殊的結(jié)構(gòu)特征（各向異性、周期性），其表面等離子體共振行為獨(dú)特，在光、電、磁等物理性質(zhì)方面呈現(xiàn)明顯的各向異性，廣泛應(yīng)用于負(fù)折射、亞波長成像、超快光開關(guān)等領(lǐng)域。目前，制備金屬納米線陣列復(fù)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(fù)雜，不適合大面積制備，不易與其他功能器件集成，電

2、沉積要求襯底導(dǎo)電等，制約了對(duì)金屬納米線陣列復(fù)合薄膜的應(yīng)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(fù)合薄膜。該方法基于磁控共濺射技術(shù)，并輔助襯底偏壓蝕刻，一步制備銀納米線陣列復(fù)合薄膜，制備過程不需要任何誘導(dǎo)劑，也不產(chǎn)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(duì)銀的結(jié)晶和生長方向具有選擇性，銀的(111)晶面優(yōu)先生

3、長。該工藝對(duì)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(gè)納米的尺度，而利用我們設(shè)計(jì)的制備工藝，銀納米線的直徑和間距能夠達(dá)到10nm以下，直徑最小可達(dá)2nm。通過磁控濺射技術(shù)，我們可以在粗糙襯底、柔性襯底等復(fù)雜環(huán)境下制備銀納米線陣列，可以將氧化鋁介質(zhì)替換成氧化硅等其他陶瓷介質(zhì)，甚至可以堆疊構(gòu)筑雙層或三層的銀納米線陣列薄膜。
　　本論文通過實(shí)驗(yàn)與模擬計(jì)算相結(jié)合的方式，研究了這種超細(xì)、密

4、排的銀納米線陣列復(fù)合薄膜的光學(xué)性能。利用DDSCAT計(jì)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(jié)構(gòu)的表面等離子體共振規(guī)律，掌握納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、環(huán)境介質(zhì)、耦合等因素對(duì)共振特征的影響規(guī)律。研究了制備沉積參數(shù)改變對(duì)銀納米線陣列薄膜的影響，如銀靶沉積功率、沉積時(shí)間、偏壓刻蝕功率等參數(shù)，解釋了銀納米線陣列SPR行為對(duì)直徑、間距等結(jié)構(gòu)因素的超敏感性，并通過制備參數(shù)的綜合，實(shí)現(xiàn)從可見光到近紅外范圍調(diào)節(jié)納米線軸向共振峰的峰位。