界面附近金屬納米顆粒的表面等離子體特征及其應(yīng)用.pdf

1、隨著微加工技術(shù)和納米技術(shù)的迅速發(fā)展，表面等離子體技術(shù)在光電子器件的微型化和集成化上得到了廣泛應(yīng)用，受到了物理、化學(xué)、生物、以及醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域人士的極大關(guān)注。局域表面等離子體(LSPs)由于具有獨(dú)特的傳播、激發(fā)、以及表面電磁場(chǎng)的局域增強(qiáng)特性，使得其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用有著顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)納米顆粒制備及局域表面等離子體激元共振特性及其應(yīng)用進(jìn)行研究具有十分重要的意義。本論文工作分成以下兩個(gè)內(nèi)容：
　　1、基于LSP的非對(duì)稱反射光學(xué)特性的

2、機(jī)理研究
　　我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)當(dāng)光分別從Au納米顆粒一側(cè)入射和從SiO2襯底一側(cè)入射存在非對(duì)稱反射現(xiàn)象，從Au納米顆粒一側(cè)入射時(shí)，在LSP共振波長(zhǎng)附近出現(xiàn)為高反射，而從SiO2一側(cè)入射時(shí)出現(xiàn)低反射。我們通過FDTD Solution軟件對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)光從SiO2一側(cè)入射的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯高于光從Au顆粒一側(cè)入射的電場(chǎng)強(qiáng)度，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　FDTD Solution軟件仿真模擬結(jié)果電場(chǎng)圖表明，光從襯底一側(cè)入射時(shí)

3、，電場(chǎng)強(qiáng)度明顯高于光從Au納米顆粒一側(cè)入射。這種非對(duì)稱反射現(xiàn)象是由金屬納米顆粒與光發(fā)生耦合產(chǎn)生局域表面等離子體共振導(dǎo)致的。這種效應(yīng)不受金屬納米顆粒形狀和大小的影響，但是與金屬納米顆粒上下表面的介質(zhì)折射率差別有著密切的關(guān)系。我們認(rèn)為這種效應(yīng)可以應(yīng)用于SERS襯底。
　　進(jìn)一步的我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Au納米球顆粒半埋在兩種不同折射率介質(zhì)的表面或者是整個(gè)顆粒置于襯底上，光從正反兩面入射，消光峰強(qiáng)度的比值都與兩種介質(zhì)折射率比值相等。這表明，當(dāng)光

4、從高折射率介質(zhì)一端入射會(huì)得到更強(qiáng)的LSP耦合效應(yīng)。對(duì)于光必須從折射率的介質(zhì)一側(cè)入射的情況，可以通過調(diào)整Au納米顆粒和襯底的間距來增強(qiáng)LSP耦合。這種機(jī)制可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)和優(yōu)化LSP基光電器件。
　　2、在深紫外LED上沉積Al顆粒提高其光抽取效率
　　發(fā)光波長(zhǎng)在200 nm至350 nm的深紫外發(fā)光二極管(LED)在生物醫(yī)療、防偽鑒定、水和空氣凈化、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域研究和投資的新熱

5、點(diǎn)。但是，與藍(lán)光LED相比，深紫外LED的外量子效率仍然處在一個(gè)很低的水平，為了進(jìn)一步提高深紫外LED的外量子效率，必須在提高它的內(nèi)量子效率的基礎(chǔ)上提高光抽取效率。
　　在前期工作中，我們用傾斜沉積法在LED上制備了小尺寸、高密度的金屬Al納米顆粒，在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于用60°傾斜角在深紫外LED上生長(zhǎng)Al納米顆粒的樣品，其底部光發(fā)射相較于頂部光發(fā)射存在明顯紅移，在本文中我們通過FDTD模擬計(jì)算研究了其機(jī)理，研究表明頂部和底部發(fā)