复合纳米减反射结构的研究

发布时间：2020-05-04 13:00

【摘要】：如何利用减反射结构有效地提升光电器件的性能一直是重要的研究课题。近年来,随着纳米光学的快速发展,纳米结构被广泛地用于减反射结构的设计。其中,SiO_2纳米柱阵列因其良好、稳定的光学性能在减反射结构中占有重要地位。利用斜角沉积技术制备的SiO_2纳米柱阵列不仅拓宽了材料的折射率范围,还提供了丰富的微纳形貌。Ag纳米颗粒独特的光学性质使其被广泛用于减反射结构的设计。如何调控Ag纳米颗粒的表面等离子激元共振特性,合理利用其产生的强烈光散射及近场增强是目前减反射研究的热点问题。论文以SiO_2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒的复合结构为对象来研究新型纳米减反射结构的制备方法和光学性质。复合纳米结构的制备分为两步,先利用电子束斜角沉积的方法在基底上制备SiO_2纳米柱阵列,再通过热蒸镀的方式在SiO_2纳米柱阵列上沉积Ag膜以形成Ag纳米颗粒。在SiO_2纳米柱阵列的影响下,上层Ag纳米颗粒形成具有宽波段表面等离子共振特性的尺寸分布,使得SiO_2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒复合结构呈现出宽波段的减反射性能。具体工作如下:通过改变斜角沉积过程中的沉积角度,制备了直径可调节的SiO_2纳米柱阵列,并从随沉积角度变化的表面迁移距离和粒子流密度的角度,定性解释了其形成机制。依据实验结果,对沉积角度与纳米柱倾斜角关系的经验公式进行了修正,并提出了一个纳米柱阵列薄膜的质量密度与沉积角度关系的经验公式。在硅基底上制备出了SiO_2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒的复合结构。测试结果显示,此复合结构将硅表面的平均反射率在400-1100 nm波段内降低到5.75%、在可见光(400 700 nm)波段内降低至3.84%,而且此结构在可见光波段的反射率波动远小于其他结构。其原因在于上层Ag纳米颗粒的尺寸取决于分离的SiO_2纳米柱的的尺寸,使得小尺寸Ag颗粒的数量较多。采用时域有限差分法进行的模拟结果表明,不同尺寸的Ag纳米颗粒具有不同的表面等离子激元共振波长,在共振波长处的反射率明显低于其他波长,而小尺寸Ag纳米颗粒的增加使得这种复合结构在较宽的波长范围内都会产生较强的表面等离子激元的共振,从而具有了宽波段的减反射性质。在此基础上,SiO_2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒复合结构也被用在了柔性聚酰亚胺基底上。测试结果显示,与其他减反射结构相比,在平面基底和弯曲基底两种情况下,这种复合纳米结构都具有更好的宽波段减反射性能。随着入射光角度的增大,平面基底上的复合纳米结构的反射率曲线最低点位置发生蓝移,这有利于其在弯曲表面反射率的降低。这种现象的产生是由于在入射光角度较大的情况下,Ag纳米颗粒的共振电子可移动距离的减小和颗粒间耦合作用的减弱造成电子的振动频率加快。因为这一蓝移现象,处于小曲率半径弯曲状态下SiO_2纳米柱阵列与Ag纳米颗粒结构的宽波段减反射优势更加明显。论文还通过比较计算与实验的结果,证明了弯曲表面的反射率可由平整表面上不同角度入射光的反射率通过加权求和得到。
【图文】：

单层膜结构的减反射示意图

单层减反射膜的反射率曲线
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TN15

【参考文献】

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本文编号：2648583