Фотоэлектронные свойства ансамблей металлических наночастиц на поверхности прозрачных диэлектриков

• Автор: Ващенко, Елена Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Формирование металлических наночастиц на поверхности. Современное состояние экспериментальных исследований. (Обзор литературы)

1.1. Образование и методы наблюдения гранулированных металлических пленок

1.2. Оптические свойства металлических наночастиц

1.3. Электропроводность и фотоэлектронная эмиссия из гранулированных металлических пленок
1.4. Современное состояние исследований электрических и фотоэлектрических свойств гранулированных металлических пленок

1.5. Механизмы проводимости гранулированных металлических пленок

Глава 2. Методика приготовления и характеризации образцов. Темновая проводимость гранулированных металлических пленок

2.1. Создание проводящих гранулированных пленок натрия в отпаянных кюветах

2.2. Вакуумное напыление проводящих пленок серебра

2.3. Плазмонные резонансы в спектрах экстинкции гранулированных металлических пленок
2.4. Термообработка гранулированных металлических пленок
2.5. Темновая проводимость ансамблей металлических наночастиц
Глава 3. Влияние плазменных резонансов на характеристики внешнего фотоэффекта из металлических наночастиц
3.1. Селективный фотоэффект с поверхности сплошных металлов
3.2. Экспериментальная установка
3.3. Возрастание выхода фотоэлектронов в области плазменных резонансов
3.4. Отклонение от закона Фаулера
3.5. Изменение угловых характеристик фотоэффекта в области плазмонных резонансов .70 Глава 4. Фотопроводимость гранулированных металлических пленок
4.1. Экспериментальная установка
4.2. Фотопроводимость гранулированных металлических пленок натрия

4.3. Фотопроводимость гранулированных металлических пленок серебра на кварцевой подложке
4.4. Фотопроводимость гранулированных металлических пленок серебра на сапфировой подложке
4.5. Механизм проводимости в гранулированных металлических пленках на диэлектрических подложках
Заключение
Список литературы

Введение
Исследования свойств ансамблей металлических наночастиц являются актуальными в свете современных тенденций в развитии физики поверхности. В диссертации представлены результаты работ по изучению фотоэлектронных свойств гранулированных
металлических пленок, получаемых методом термического напыления на поверхности прозрачных диэлектрических материалов.
В последние годы широкое распространение получили исследования малых атомных систем, свойства которых представляют интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения [1,2,3,4]. Объекты, размер которых хотя бы в одном из трех измерений лежит в интервале 1—100 нм, составляют элементную базу нанотехнологий — нового раздела высоких технологий, в котором изучаются и используются в практических целях процессы, происходящие в областях нанометровых размеров. Цель нанотехнологий состоит в управлении поведением отдельных наночастиц и состоящих из них структур при создании новых наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами [5]. Наночастицы и состоящие из них структуры обладают очень интересными физическими особенностями и имеют чрезвычайно широкие перспективы применения в микроэлектронике,
информационных технологиях, биологии, медицине [6,7,8,9]. Важной особенностью нанообъектов является существенное изменение соотношения объем - поверхность по сравнению с макросистемами. По мере того как размер частицы Я уменьшается, число поверхностных атомов относительно всех атомов в объеме увеличивается (зависимость Д'1) . Таким образом, многие аспекты поведения таких систем определяются, исходя из поверхностных процессов (эффекты геометрического размера). Переход от макро- и микроразмеров к размерам в интервале 1—10 нм приводит к качественным изменениям физико-химических свойств
(электропроводности, магнетизма, поглощения и излучения света, оптического преломления, термостойкости, прочности), к

размером и формой частиц, выросших в таких условиях, существует определенная корреляция, которая была установлена с помощью атомно-силовой микроскопии и линейной спектроскопии [75]. Маленькие частицы имеют почти шаровую форму, в то время как более крупные частицы сплюснуты в перпендикулярном к поверхности направлении. Наибольший интерес представляют металлические наночастицы с размерами, много меньшими длины волны излучения, соответствующего собственной частоте коллективных возбуждений. Причина этого состоит в том, что потери на излучение растут вместе с объемом частицы, так что время жизни поверхностных плазмонов, локализованных в крупных частицах, мало, а, следовательно, и добротность резонансов в таких частицах мала. Собственные частоты поверхностных плазмонов, локализованных в частицах, размеры которых много меньше длины волны, не зависят от их размера, а определяются только их формой.
Перед началом каждого эксперимента частицы удалялись путем прогрева окна с электродами и заново напылялись нагревом отростка с металлическим натрием. Контроль за ростом ансамблей и оценки толщины, полученной структуры, осуществлялись по времени напыления, проводимости на постоянном токе и по спектрам экстинкции.
2.2. Вакуумное напыление проводящих пленок серебра.
Образцы, представляющие собой ансамбли металлических наночастиц серебра на поверхности прозрачных диэлектриков, изготавливались в сверхвысоком вакууме (давление ^ 5-1СГ9 mbar) методом термического испарения серебра на поверхности кварца или сапфира (рис.2.2,2.3).
Предварительно очищенная кварцевая (сапфировая) пластинка размером 10 мм х 10 мм х 0.5 мм помещается в держатель для образцов в загрузочном отсеке и с помощью щупа переноситься в рабочий отсек. Рабочий отсек оборудован электронно-лучевым испарителем и кварцевым датчиком толщины. С помощью манипулятора можно контролировать положение образца в держателе во время напыления. В электронно-лучевом испарителе (Omicrom EFM-3)