【摘要】：導電納結(jié)構(gòu)激發(fā)的局域表面等離激元共振(LSPR)具有局部場增強和光熱效應,在細胞探測和光熱治療等領域有大量應用。而氧化釩(VO_x)是一種具有高電阻溫度系數(shù)(TCR)的熱敏電阻材料,其TCR可以達到-2%/K。本文將二者進行結(jié)合用于輻射探測,選擇具有高TCR的VO_x薄膜材料來制作亞波長熱敏感線,利用不同金屬和導電化合物的納結(jié)構(gòu)在從UV至紅外的寬波段范圍激發(fā)LSPR光熱效應,研究由導電納結(jié)構(gòu)和VO_x亞波長線組合成光熱探測器的特性。探究在單芯片上集成紫外-可見-紅外輻射探測器的可行性和實現(xiàn)途徑,為未來發(fā)展高性能光譜成像和寬波段成像探測器奠定技術基礎。主要完成以下內(nèi)容:1.采用COMSOL多物理場仿真模擬探索LSPR的光熱動力學,計算納米粒子的穩(wěn)態(tài)溫度分布。理論仿真研究納結(jié)構(gòu)形狀、尺寸以及環(huán)境介質(zhì)對LSPR響應波段和響應帶寬的影響規(guī)律。2.提出了一種在可見-近紅外頻率下的超寬帶偏振無關的接近完美吸收的結(jié)構(gòu)。吸收體基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu),使用二氧化釩(VO_2)相變材料作為介電層。對于TM和TE偏振,在高達60°的寬入射角下可實現(xiàn)較好的光吸收,吸收峰值可高達99%。同時分析了所提出結(jié)構(gòu)的超寬帶吸收的物理機制和納秒脈沖光照下結(jié)構(gòu)的加熱過程。其中,VO_2層可以在光強為1.43?10~5W/m~2的低光照下,在0.35ns內(nèi),從室溫升至VO_2相變溫度340K。3.設計和制作基于LSPR光熱效應的新型探測器單元結(jié)構(gòu),實驗探究Al納米粒子與VO_x熱敏感線結(jié)合的單元器件的探測效果。通過搭建測試系統(tǒng)測量其光譜響應度。研究發(fā)現(xiàn)當Al方塊邊長在120nm,周期為500nm的情況下,其吸收峰在500nm附近,基本與仿真吻合,達到初步驗證的效果。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文遠遠低于室溫，因此電阻和噪聲水平低，這使得 V2O3成為制造高效微測的候選者，但是其相變溫度在 160K 限制其的應用。有研究表明[17]，三種膜結(jié)合在一起可以產(chǎn)生具有高 TCR 和廣泛應用與測輻射熱計的最佳材料表面等離激元表面等離激元是金屬表面的自由電子與入射光波中光子的頻率相互匹配而產(chǎn)生的一種表面激發(fā)態(tài)隱逝波[18,19]。如圖 1-1 所示，表面等離激元根大致分為兩種形式：在金屬納米薄膜和介質(zhì)的界面上激發(fā)的表面等離極rfacePlasmonPolarization：SPP)，，以及局域在金屬納米顆粒（尺寸從幾十納米不等）中局域表面等離激元（Localized Surface Plasmon：LSP ）。

圖 1-2 不同直徑 Au 納米球的吸收光譜曲線以及峰值吸收波長隨直徑的變化規(guī)律近來，發(fā)現(xiàn)這種光熱效應可以產(chǎn)生高效和高度局域性的熱源，激光輻照下這種熱源溫度可以造成周圍介質(zhì)發(fā)生相變、蛋白質(zhì)變性甚至水氣化等現(xiàn)象[21]。如應用物醫(yī)藥領域的光熱癌癥治療[22]，如圖 1-3 所示。圖 1-3 金屬納米粒子的光熱療法治療癌癥[22]示意圖3.2 表面等離激元相關應用研究表面等離激元由于具有選擇性光散射、吸收和局域場增強等特點，因此被廣泛用在光電器件、檢測、能源等領域。在 2003 年，Stockman 等人[23]預言了表面等離激元放大的受激光輻射（Sur
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN15

【參考文獻】

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本文編號：2708706