《超薄金屬薄膜及其微納結構的可控制備與光學特性》是依託復旦大學，由江素華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超薄金屬薄膜及其微納結構的可控制備與光學特性
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：江素華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用光波與金屬表面自由電子作用所產生的表面電漿激元(SPP)是解決光電集成尺寸失配的有效途徑。該領域理論模擬先行，而超薄金屬材料和亞波長微納結構的製備及相應光學現象規律性的實驗研究尚不足。本項目旨在研究超薄金屬及其微納結構在反射、吸收和透射方面的特殊光學性質的問題。首先建立超薄超平整表面金屬薄膜和周期性亞波長納米結構以及多層金屬/介質周期性薄膜（特異材料）的可控制備方法；其次系統地研究並揭示Au、Ag和Al超薄金屬薄膜材料/結構層面的相關參數與光學參數、能帶結構之間的關係。從實驗測量和理論模擬兩方面來闡明基於超薄金屬的薄膜、微納結構和特異材料的表面電漿物理機制，為SPP增強型器件的套用研究（如太陽能電池和LED等）提供理論支撐，為解決光電器件集成的工藝和兼容問題提供技術思路。
結題摘要
利用光波與金屬表面自由電子作用所產生的表面電漿激元(SPP)是解決光電集成尺寸失配的有效途徑。該領域理論模擬先行，而超薄金屬材料和亞波長微納結構的製備及相應光學現象規律性的實驗研究尚不足。本項目旨在研究超薄金屬及其微納結構在反射、吸收和透射方面的特殊光學性質的問題。在課題執行中，我們研究和分析了Au, Ag的厚度、表面粗糙度和Ag的表面氧化引入的效應與有效折射率n和消光係數k之間的關聯；帶有納米結構的金屬表面的色散特性以及結構參數對於表面電漿色散曲線的影響，討論了Au, Ag超薄膜結構支持的SPP模式的光學特性，從色散特性的變化趨勢以及表面波的模式分布來揭示其物理機制。我們還對Au-Ag合金組分對SPR現象調製的研究提供了一種不用圖形化即可實現調製的思路，並加以了驗證。我們實現了剝離法對薄膜表面平整度的改善；通過努力嘗試採取了納米壓印的辦法實現孔陣的製備，並能精確確定周期尺寸；另一方面，我們通過控制退火條件實現了Ag薄膜的可控團聚，這種非周期性點陣的實現能有效提高金屬/介質界面對光子的束縛，比起周期性結構而言，成本更低。我們用分光光度計法結合Forouhi-Bloomer方程擬合，測定較寬頻段(190nm-1000nm)超薄金屬膜的n和k，驗證了超薄膜的光學參數折射率和消光係數與體材料不同，對SPP模擬的結果存在明顯的影響，為此類研究的推進提供了重要的依據。我們分別在Si和玻璃襯底上交替鍍Ag和Ge的周期性多層膜結構，以觀察其由SPP效應導致的各向異性的光學參數；我們還將研究範圍拓展至金屬薄膜/介質薄膜/半導體超薄膜的多層膜結構。通過精確調製介質薄膜的厚度實現了波長可選的超吸收, 解決了長期以來一直存在著半導體材料的厚度與光吸收的兩難選擇關於這項工作的論文已經被Advanced Materials 接收。三年來，共發表SCI論文7篇，申請國家發明專利2項，參加國際會議1次，培養碩士4人，博士2人。完成了預期成果。
