界面附近金属纳米颗粒的表面等离子体特征及其应用

【摘要】随着微加工技术和纳米技术的迅速发展,表面等离子体技术在光电子器件的微型化和集成化上得到了广泛应用,受到了物理、化学、生物、以及医学等多个领域人士的极大关注。局域表面等离子体(LSPs)由于具有独特的传播、激发、以及表面电磁场的局域增强特性,使得其在各个领域的应用有着显著的优势。因此,对纳米颗粒制备及局域表面等离子体激元共振特性及其应用进行研究具有十分重要的意义。本论文工作分成以下两个内容1、基于LSP的非对称反射光学特性的机理研究我们在实验上发现当光分别从Au纳米颗粒一侧入射和从Si02衬底一侧入射存在非对称反射现象,从Au纳米颗粒一侧入射时,在LSP共振波长附近出现为高反射,而从Si02一侧入射时出现低反射。我们通过FDTDSolution软件对这种现象进行研究,发现光从Si02一侧入射的电场强度明显高于光从Au颗粒一侧入射的电场强度,与实验结果基本吻合。FDTDSolution软件仿真模拟结果电场图表明,光从衬底一侧入射时,电场强度明显高于光从Au纳米颗粒一侧入射。这种非对称反射现象是由金属纳米颗粒与光发生耦合产生局域表面等离子体共振导致的。这种效应不受金属纳米颗粒形状和大小的影响,但是与金属纳米颗粒上下表面的介质折射率差别有着密切的关系。我们认为这种效应可以应用于SERS衬底。进一步的我们发现,对于Au纳米球颗粒半埋在两种不同折射率介质的表面或者是整个颗粒置于衬底上,光从正反两面入射,消光峰强度的比值都与两种介质折射率比值相等。这表明,当光从高折射率介质一端入射会得到更强的LSP耦合效应。对于光必须从折射率的介质一侧入射的情况,可以通过调整Au纳米颗粒和衬底的间距来增强LSP耦合。这种机制可以帮助我们设计和优化LSP基光电器件2、在深紫外LED上沉积Al颗粒提高其光抽取效率发光波长在200nm至350nm的深紫外发光二极管(LED)在生物医疗、防伪鉴定、水和空气净化、计算机数据存储和军事等领域有着广阔的应用前景,成为半导体领域研究和投资的新热点。但是,与蓝光LED相比,深紫外LED的外量子效率仍然处在一个很低的水平,为了进一步提高深紫外LED的外量子效率,必须在提高它的内量子效率的基础上提高光抽取效率。在前期工作中,我们用倾斜沉积法在LED上制备了小尺寸、高密度的金属Al纳米颗粒,在实验中,我们发现对于用60。倾斜角在深紫外LED上生长Al纳米颗粒的样品,其底部光发射相较于顶部光发射存在明显红移,在本文中我们通过FDTD模拟计算研究了其机理,研究表明顶部和底部发光波长的差异可以归因于Al纳米颗粒的Fano共振效应。这里,我们主要通过FDTD理论计算对其局域表面等离激元共振特性进行研究。FDTD计算模拟得到的消光谱图和电场分布图展示了明显的Fano效应。电场分布图和远场辐射图表明深紫外LED多量子阱产生的光与Al纳米颗粒形成LSP共振发生耦合时,LED顶部发光和底部发光的输出功率都可以得到提高。
【作者】王纯子；
【导师】黄凯；
【作者基本信息】厦门大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】表面等离激元；金属纳米颗粒；非对称反射；

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