半導(dǎo)體基局域表面等離激元材料合成及其性能研究.pdf

1、表面等離激元共振是在光的電磁場(chǎng)作用下金屬表面自由電子的集體振動(dòng)現(xiàn)象，近年來引起了科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域廣泛地關(guān)注。傳統(tǒng)的表面等離激元材料如金、銀等存在的缺陷一定程度上限制了基于表面等離激元激元器件應(yīng)用的發(fā)展。半導(dǎo)體基局域表面等離激元材料具有特有的自身優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)表面等離激元材料的缺陷。半導(dǎo)體材料中的摻雜機(jī)制和獨(dú)特禁帶結(jié)構(gòu)，可以相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)LSPR峰位調(diào)控，同時(shí)降低帶間和帶內(nèi)損耗。因此，半導(dǎo)體基局域表面等離激元材料是一種新型的具有巨大潛力的

2、LSPR材料。
　　半導(dǎo)體基表面等離激元材料的成分、尺寸和形貌是影響局域表面等離激元共振性能的主要因素，通過研究合成摻雜、尺寸和形貌可控的半導(dǎo)體納米晶，實(shí)現(xiàn)對(duì)LSPR性能的可控調(diào)節(jié)。本論文按照以上思路，合成了一些具有優(yōu)異LSPR性能的半導(dǎo)體納米材料，本文的主要?jiǎng)?chuàng)新結(jié)果如下:
　　(1)采用了熱注入的方法合成了不同摻雜濃度的ITO納米晶，摻雜濃度在0～30％，LSPR峰位在1600～1993nm范圍內(nèi)可控調(diào)節(jié)。通過種子生長法和

3、改變修飾劑的種類合成了尺寸在6.3～16.2 nm可調(diào)納米晶，可以調(diào)控LSPR峰位在1600～1978nm移動(dòng)，且隨著ITO納米晶尺寸的增大峰位逐漸紅移。采用一鍋法合成了花狀的ITO納米晶，并且發(fā)現(xiàn)多個(gè)LSPR共振之間存在耦合作用導(dǎo)致LSPR吸收峰發(fā)生了紅移和寬化。
　　(2)通過對(duì)ITO納米晶的元素XPS譜分析，摻雜濃度為10％的ITO納米晶有最高氧空位比例，比例為27.3％;當(dāng)摻雜濃度高于15％時(shí)，部分的Sn4+離子已經(jīng)被還原

4、成Sn2+離子喪失電活性，指出了摻雜濃度為10％的ITO納米晶樣品有最高的自由電子濃度，對(duì)Sn的有效摻雜和提高ITO載流子濃度有指導(dǎo)意義。
　　(3)將摻雜濃度為10％的ITO墨水旋涂成薄膜，通過甲酸處理和氫氬混合氣氛下熱處理，旋涂次數(shù)為20次，ITO薄膜的厚度為2.2μm，在可見光波段的透過率高達(dá)90％，薄膜的方塊電阻為790Ω/sq。ITO薄膜作為SERS襯底材料，R6G和DAPI染料的拉曼信號(hào)強(qiáng)度、檢測(cè)下限都得到了提高，證明

5、ITO納米晶制備的薄膜是具有SERS活性的襯底材料。
　　(4)通過一鍋法合成了方輝銅礦相Cu7.2S4納米片和靛銅礦相CuS納米片，通過吸收光譜的表征，Cu7.2S4納米片的LSPR峰位在1422nm，而CuS納米片的LSPR峰位在1057nm。Cu7.2S4納米片自組裝薄膜作為SERS襯底材料，R6G染料的拉曼信號(hào)強(qiáng)度得到了提高，可以作為SERS活性的襯底材料。對(duì)Cu2-xS納米片表面改性，Cu7.2S4和CuS納米片都可以形