發(fā)布時(shí)間：2021-11-03 11:07

　　等離激元是在光波電場作用下金屬微納結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部自由電子的集體性振蕩所產(chǎn)生的一種共振模式。它具有一系列新奇的光物理學(xué)特性,包括對光的選擇性散射和吸收、局域電場的增強(qiáng)效應(yīng)等。因此,等離激元微納結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）、化學(xué)/生物傳感器等領(lǐng)域。此外,金屬光子結(jié)構(gòu)引入有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光器件中,可提高器件性能。本論文主要圍繞等離激元以及有機(jī)半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)的制備及其中的光電子學(xué)效應(yīng)開展研究工作。主要內(nèi)容如下:（1）雙相隨機(jī)分布的等離激元微納結(jié)構(gòu)制備將聚合物F8BT/PFB混合物薄膜中的相分離圖案作為模版,制備了雙相隨機(jī)分布的金納米島結(jié)構(gòu)。激光輻照使F8BT分子發(fā)生了選擇性交聯(lián)反應(yīng),去除未交聯(lián)的PFB分子后,實(shí)現(xiàn)了相分離圖案的剝離和固化。將圖案金屬化后,獲得了隨機(jī)分布的雙相無序島狀金納米結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的等離激元共振光譜分布在400 nm至1.7μm波長范圍內(nèi)。這種雙相等離激元結(jié)構(gòu)對于SERS基底、隨機(jī)激光以及光伏器件的應(yīng)用具有重要意義。（2）飛秒激光直寫表面增強(qiáng)拉曼散射基底利用飛秒激光脈沖與金納米顆粒膠體薄膜的相互作用實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)分布大面積金納米島結(jié)構(gòu)的直寫制備。該結(jié)構(gòu)由形狀不規(guī)則... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1兩種類型的表面等離激元示意圖：(a)SPP，(b)LSP

柵耦合[17-20]、強(qiáng)聚焦光束[21]和近場激發(fā)[22]等。和 SPP 相比，LSP 的激發(fā)相對比較容易。LSP 可以由某些具有特定頻率和偏振方向的光激發(fā)。共振頻率的位置由金屬結(jié)構(gòu)的材料、尺寸、外界環(huán)境折射率決定。LSP 具有兩個(gè)重要的特性：（1）被束縛在金屬微納結(jié)構(gòu)單元中的 LSP 會對入射光產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射，具有電磁場增強(qiáng)的效果。此外，當(dāng)金屬納米顆粒具有尖銳的邊緣形貌或者兩個(gè)金屬結(jié)構(gòu)相距非常近以至形成納米間隙時(shí)，電荷會局域在一個(gè)極小的范圍內(nèi)，使電磁場能量被極大的會聚到尖端或者結(jié)構(gòu)間隙位置。如圖 12(a)(b)，結(jié)構(gòu)的邊緣越尖銳、納米間隙越小，增強(qiáng)的效果越明顯。LSP 的這一特性非常適合用來進(jìn)行增強(qiáng)光譜的檢測[23-30]。（2）LSP 對金屬納米結(jié)構(gòu)的形貌、大小與周圍環(huán)境折射率具有極高的響應(yīng)靈敏性[31-32]。由于 LSP 是金屬納米結(jié)構(gòu)表面自由電子在外加電磁場作用下的集體性振蕩，這種集體性振蕩和金屬結(jié)構(gòu)中的自由電子數(shù)密度、有效電子質(zhì)量以及電荷分布密切相關(guān)，因此金屬納米結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、材質(zhì)等物理特性以及周圍環(huán)境的介電常數(shù)的微小變化都會對 LSP 的性質(zhì)產(chǎn)生影響，如圖 1-2(c)�；� LSP 的這一特性被廣泛應(yīng)用在化學(xué)或者生物傳感器[33-38]、超快全光開關(guān)[39-41]等方面。

用于表面增強(qiáng)拉曼散射的結(jié)構(gòu)：(a)Au 納米三角片[58]；(b)Au 納米棒[59]；球[62]；(d)Ag 樹枝狀結(jié)構(gòu)[64]；(e) 雙體 Au 納米團(tuán)簇[65]；(f) 耦合 Ag 光tructures applied to SERS: (a)Au nano-triangles[58]. (b)Au nanorods[59]. (c) Frospheres[62]. (d)Ag dendrites[64]. (e)Au nanosphere double clusters[65]. (f) Cogratings[67].離激元微納結(jié)構(gòu)的制備型金屬微納結(jié)構(gòu)的制備工藝周期型金屬微納結(jié)構(gòu)即金屬光子晶體，常用的制作方法有：電onbeamlithography,EBL）[68-70]、聚焦離子束（Focusedionbeam、納米壓�。∟anoimprint lithography, NIL）[73-75]、干涉光刻erence lithography, IL）等。L 技術(shù)指的是利用電子束的掃描將電子束抗蝕劑加工成精細(xì)圖或者沉積技術(shù)將金屬結(jié)構(gòu)添加進(jìn)抗刻蝕劑形成的圖案區(qū)域。經(jīng)


本文編號：3473573