Au納米顆粒局域表面等離激元調(diào)控與應(yīng)用.pdf

1、隨著納米技術(shù)和微加工技術(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普遍應(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，使其在與發(fā)光二極管有源層共振耦合提高光提取效率方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，且LEDs發(fā)光波長(zhǎng)與LSPs共振波長(zhǎng)匹配度越高，光提取效率增強(qiáng)就越強(qiáng)。對(duì)于一定發(fā)光波長(zhǎng)的LEDs，耦合匹配度高低就與表面等離子體的共振

2、特性密切相關(guān)。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進(jìn)行研究具有極其重要的意義。
　　由于Au納米顆粒的LSPs共振波長(zhǎng)位于可見光波段，并且可引起較強(qiáng)的共振吸收，故本論文以Au納米顆粒為研究對(duì)象，圍繞其制備條件與顆粒表面形貌和LSPs共振特性之間的關(guān)系，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面開展研究。采用高真空電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)得到了質(zhì)量良好的Au薄膜，通過(guò)優(yōu)化退火條件獲得了不同粒徑分布的Au納米顆粒。通過(guò)對(duì)不同制備條件下Au顆粒的形貌

3、變化及其對(duì)局域表面等離子體激元共振特性影響的研究表明，不同退火溫度對(duì)GaN襯底上形成的Au納米顆粒的粒徑影響明顯。隨著退火溫度的升高，Au顆粒的直徑不斷減小，局域表面等離子體激元共振波長(zhǎng)藍(lán)移。因其共振波長(zhǎng)覆蓋范圍較廣，適合與發(fā)光波段位于黃紅光和近紅外光的LEDs發(fā)生耦合;而Al2O3和SiO2襯底上不同退火溫度下形成的Au納米顆粒，尺寸分布均勻性較好，顆粒粒徑變化不明顯，LSPs共振波長(zhǎng)幾乎不發(fā)生偏移，可分別與發(fā)光波長(zhǎng)在550nm和52

4、5nm附近的綠光LEDs共振耦合，將部分局域在LEDs結(jié)構(gòu)中的光誘導(dǎo)出器件，形成一條新的出光渠道，進(jìn)而提高光提取效率。
　　對(duì)于SiO2襯底上退火形成的Au納米顆粒，我們發(fā)現(xiàn)其反射光譜在LSPs共振波長(zhǎng)附近出現(xiàn)非對(duì)稱反射這一異常光傳輸現(xiàn)象。為對(duì)其產(chǎn)生原因和影響因素有進(jìn)一步的了解，我們通過(guò)一系列的大膽推想和實(shí)驗(yàn)、理論兩方面的驗(yàn)證，排除了納米顆粒上、下表面所在介電環(huán)境非對(duì)稱性和顆粒上、下表面自身的非對(duì)稱性的影響，得出了制約這一新奇物理