等离激元和有机半导体微纳结构的光电子学特性研究
发布时间：2021-11-03 11:07
等离激元是在光波电场作用下金属微纳结构表面或内部自由电子的集体性振荡所产生的一种共振模式。它具有一系列新奇的光物理学特性,包括对光的选择性散射和吸收、局域电场的增强效应等。因此,等离激元微纳结构被广泛应用于表面增强拉曼散射（SERS）、化学/生物传感器等领域。此外,金属光子结构引入有机半导体发光器件中,可提高器件性能。本论文主要围绕等离激元以及有机半导体微纳结构的制备及其中的光电子学效应开展研究工作。主要内容如下:（1）双相随机分布的等离激元微纳结构制备将聚合物F8BT/PFB混合物薄膜中的相分离图案作为模版,制备了双相随机分布的金纳米岛结构。激光辐照使F8BT分子发生了选择性交联反应,去除未交联的PFB分子后,实现了相分离图案的剥离和固化。将图案金属化后,获得了随机分布的双相无序岛状金纳米结构。该结构强烈的等离激元共振光谱分布在400 nm至1.7μm波长范围内。这种双相等离激元结构对于SERS基底、随机激光以及光伏器件的应用具有重要意义。（2）飞秒激光直写表面增强拉曼散射基底利用飞秒激光脉冲与金纳米颗粒胶体薄膜的相互作用实现了随机分布大面积金纳米岛结构的直写制备。该结构由形状不规则...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1两种类型的表面等离激元示意图：(a)SPP，(b)LSP
栅耦合[17-20]、强聚焦光束[21]和近场激发[22]等。和 SPP 相比，LSP 的激发相对比较容易。LSP 可以由某些具有特定频率和偏振方向的光激发。共振频率的位置由金属结构的材料、尺寸、外界环境折射率决定。LSP 具有两个重要的特性：（1）被束缚在金属微纳结构单元中的 LSP 会对入射光产生强烈的散射，具有电磁场增强的效果。此外，当金属纳米颗粒具有尖锐的边缘形貌或者两个金属结构相距非常近以至形成纳米间隙时，电荷会局域在一个极小的范围内，使电磁场能量被极大的会聚到尖端或者结构间隙位置。如图 12(a)(b)，结构的边缘越尖锐、纳米间隙越小，增强的效果越明显。LSP 的这一特性非常适合用来进行增强光谱的检测[23-30]。（2）LSP 对金属纳米结构的形貌、大小与周围环境折射率具有极高的响应灵敏性[31-32]。由于 LSP 是金属纳米结构表面自由电子在外加电磁场作用下的集体性振荡，这种集体性振荡和金属结构中的自由电子数密度、有效电子质量以及电荷分布密切相关，因此金属纳米结构的形状、尺寸、材质等物理特性以及周围环境的介电常数的微小变化都会对 LSP 的性质产生影响，如图 1-2(c)。基于 LSP 的这一特性被广泛应用在化学或者生物传感器[33-38]、超快全光开关[39-41]等方面。
用于表面增强拉曼散射的结构：(a)Au 纳米三角片[58]；(b)Au 纳米棒[59]；球[62]；(d)Ag 树枝状结构[64]；(e) 双体 Au 纳米团簇[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].离激元微纳结构的制备型金属微纳结构的制备工艺周期型金属微纳结构即金属光子晶体，常用的制作方法有：电onbeamlithography,EBL）[68-70]、聚焦离子束（Focusedionbeam、纳米压印（Nanoimprint lithography, NIL）[73-75]、干涉光刻erence lithography, IL）等。L 技术指的是利用电子束的扫描将电子束抗蚀剂加工成精细图或者沉积技术将金属结构添加进抗刻蚀剂形成的图案区域。经
本文编号：3473573
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1两种类型的表面等离激元示意图：(a)SPP，(b)LSP
栅耦合[17-20]、强聚焦光束[21]和近场激发[22]等。和 SPP 相比，LSP 的激发相对比较容易。LSP 可以由某些具有特定频率和偏振方向的光激发。共振频率的位置由金属结构的材料、尺寸、外界环境折射率决定。LSP 具有两个重要的特性：（1）被束缚在金属微纳结构单元中的 LSP 会对入射光产生强烈的散射，具有电磁场增强的效果。此外，当金属纳米颗粒具有尖锐的边缘形貌或者两个金属结构相距非常近以至形成纳米间隙时，电荷会局域在一个极小的范围内，使电磁场能量被极大的会聚到尖端或者结构间隙位置。如图 12(a)(b)，结构的边缘越尖锐、纳米间隙越小，增强的效果越明显。LSP 的这一特性非常适合用来进行增强光谱的检测[23-30]。（2）LSP 对金属纳米结构的形貌、大小与周围环境折射率具有极高的响应灵敏性[31-32]。由于 LSP 是金属纳米结构表面自由电子在外加电磁场作用下的集体性振荡，这种集体性振荡和金属结构中的自由电子数密度、有效电子质量以及电荷分布密切相关，因此金属纳米结构的形状、尺寸、材质等物理特性以及周围环境的介电常数的微小变化都会对 LSP 的性质产生影响，如图 1-2(c)。基于 LSP 的这一特性被广泛应用在化学或者生物传感器[33-38]、超快全光开关[39-41]等方面。
用于表面增强拉曼散射的结构：(a)Au 纳米三角片[58]；(b)Au 纳米棒[59]；球[62]；(d)Ag 树枝状结构[64]；(e) 双体 Au 纳米团簇[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].离激元微纳结构的制备型金属微纳结构的制备工艺周期型金属微纳结构即金属光子晶体，常用的制作方法有：电onbeamlithography,EBL）[68-70]、聚焦离子束（Focusedionbeam、纳米压印（Nanoimprint lithography, NIL）[73-75]、干涉光刻erence lithography, IL）等。L 技术指的是利用电子束的扫描将电子束抗蚀剂加工成精细图或者沉积技术将金属结构添加进抗刻蚀剂形成的图案区域。经
本文编号：3473573
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3473573.html
教材专著
