Оптимизация активных элементов датчиков, использующих эффект гигантского комбинационного рассеяния

• Автор: Кощеев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. НАНОСТРУКТУРЫ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДАТЧИКОВ НА ЭФФЕКТЕ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ХАРАКТЕРИЗАЦИИ.

1.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния

1.2. Аппаратурное обеспечение метода спектроскопии КР на примере

лабораторного спектрометра ЬаЫ1ат фирмы 1оЫп Ууоп

1.3. Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния

химический и электромагнитный механизмы.

1.3.1. Химические молекулярные механизмы.

1.3.2. Электромагнитный механизм усиления

1.4. Делокализованные и локализованные поверхностные плазмоны.

1.5. Типы датчиков на основе плазмонных структур
1.6. Методы изготовления плазмонных наноструктур
1.7. Методы характеризации морфологии и оптических свойств
плазмонных наноструктур.
1.7.1. Растровая электронная микроскопия.
1.7.2. Атомносиловая микроскопия
1.7.3. Оптическая спектроскопия экстинкции и отражения.
1.8. Выводы по главе
Глава 2. ГКРАКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ОСТРОВКОВЫХ ПЛЕНОК БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ.
2.1. Физикохимический механизм процесса формирования пленок
метод вакуумного осаждения
2.2. Взаимосвязь оптических и морфологических свойств
наноструктурированной поверхности островковых пленок благородных металлов.
2.3. Анализ зависимости морфологии островковых пленок золота от
материала подложки и условий последующей термической обработки
2.4. Выбор тестового вещества, структура и спектры КР тестовых
молекул бипиридилэтилена
2.5. Анализ кинетики адсорбции молекул бипиридилэтилена из водных
растворов различных концентраций
2.6. Выводы по главе
Глава 3. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОУСИЛЕННЫЙ ЭФФЕКТ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ.
3.1. Принцип метода интерференционноусиленного комбинационного рассеяния
3.2. Методика интерференционноусиленного гигантского комбинационного рассеяния
3.3. Технология изготовления трехслойной структуры зеркало резонатор ГКРактивный слой.
3.4. Характеризация оптических свойств диэлектрического слоя резонатора.
3.4.1. Основы метода эллипсометрии
3.4.2. Определение толщины слоев диоксида кремния методом спектроскопической эллипсометрии
3.5. Характеризация оптических свойств трехслойной структуры методом спектроскопии отражения
3.6. Анализ влияния массовой толщины золота и толщины диэлектрического слоя резонатора на интенсивность ГКРсигнала
3.7. Анализ эффективности резонаторных свойств структуры зеркало резонатор ГКРактивный слой.
3.8. Выводы по главе 3.
Глава 4. ГКРАКТИВНЫЕ ПОДЛОЖКИ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ МЕТОДОМ КВАЗИТЕМПЛАТНОГО СИНТЕЗА.
4.1. Технология изготовления темплата методом анодного окисления алюминия структура анодных пленок, физикохимический механизм порообразования
4.2. Зависимость морфологии ПО А от условий анодизации.
4.3. Структура сенсорного элемента на основе слоя пористого оксида алюминия, покрытого пленкой благородного металла.
4.4. Характеризация морфологии наноструктурироваиного слоя золота, нанесенного на поверхность пористого оксида алюминия методом РЭМ
4.5. . Анализ зависимости интенсивности ГКР сигнала от морфологии и
толщины пористого слоя оксида алюминия при фиксированных массовых
толщиных слоя золота.
4.6. Выводы по главе
Глава 5. ГКРактивные подложки, изготовленные методом электроннолучевой литографии.
5.1. Физические основы и общие принципы растровой электроннолучевой литографии.
5.1.1. Разрешение метода ЭЛЛ
5.1.2. Эффект близости в методе ЭЛЛ.
5.1.3. Эффект накопления заряда.
5.2. Изготовление наноструктур методом ЭЛЛ на непроводящих
подложках.
5.3. Базовый процесс изготовления наноструктур методом электроннолучевой литографии
5.4. Характеризация и контроль формы частиц, изготовленных методом
5.5. Примеры структур, изготовленных методом ЭЛЛ
5.6. Анализ влияния эффекта решетки на ГКРактивность наноструктур
5.6.1. Контроль параметров решетки различная степень беспорядка.
5.6.2. Зависимость оптических свойств наноструктур от геометрии и параметров решетки
5.6.3. Взаимосвязь оптических свойств структур с их ГКРактивностью
5.7. Внедрение методик растровой электронной микроскопии,
использующися для характеризации морфологии чувствительных элементов химических и биологических газовых датчиков.
5.8. Выводы по главе 5.
Глава 6. КАРТОГРАФИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ГКРАКТИВНЫХ ПОДЛОЖКАХ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ЛИТОГРАФИИ
6.1. Методы картографии распределения интенсивностей
электромагнитных полей вокруг наночастиц.
6.2. Структура и общие свойства полимеров класса азобензенов
6.3. Методика подготовки образцов и экспонирование.
6.4. Анализ зависимости интенсивности электромагнитного поля от
энергии возбуждающего излучения
6.5. Распределение электромагнитных полей вокруг одиночных и
упорядоченных в массив наночастиц
6.6. Сравнительный анализ результатов, полученных различными
экспериментальными методиками
6.7. Выводы по главе 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Проведен анализ зависимости ГКРэффективности островковых пленок золота от технологических условий их получения. Методами ЭЛЛ и квазитемплатного синтеза изготовлены наноструктурированные ГКРактивные структуры. На основе экспериментальных данных построены калибровочные кривые для учета эффекта близости, возникающего при изготовлении наноструктур методом ЭЛЛ. Предложена методика устранения эффекта накопления заряда в процессе экспонирования при изготовлении наноструктур на непроводящих подложках методом ЭЛЛ. Экспериментально подобраны оптимальные толщины пленок золота ГКРактивного слоя и слоев диоксида кремния, играющих роль резонатора в структуре, усиливающей ГКРсигнал за счет интерференционных эффектов. Оптимизированы условия изготовления пористых слоев оксида алюминия, обладающих требуемыми оптическими и морфологическими свойствами. Реализована картозрафия интенсивности электромагнитных полей в ГКРактивных структурах путем экспонирования фоточувствительного полимера. Предложенная методика, использующая эффект интерференции, и оптимизация конструкции активного элемента ГКРдатчика в виде трехслойной структуры ГКРактивный слой резонатор зеркало, позволяют повысить уровень ГКРсигнала в десятки раз. Разработанные методики электроннолучевой литографии позволяют управляемо изменять параметры системы из нанообъектов форма, размер, расположение, симметрия и оптимизировать их для повышения сигнала ГКР. Высокочувствительные и технологичные ГКРактивные структуры удается создавать с помощью метода квазитемп латного синтеза. Предложенный метод полимерной фотографии при использовании фоточувствительного самопроявляющегося полимера класса азобензенов обеспечивает визуализацию распределения электромагнитного поля в ближней оптической зоне наночастиц благородных металлов. IV, V и VIII Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто и наноэлектронике. СанктПетербург, декабря г. Научной молодежной школе Технология и дизайн микросхем, СанктПетербург, СПбГЭТУ ЛЭТИ, ноября г. V iii i i, ii, , v, , . IV Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники, СанктПетербург, ФТИ РАН, июля г. X Международной конференции Диэлектрики, СанктПетербург, РГПУ им. А.И. Герцена, мая г. IV Международной конференции Электроника и информатика, Москва, МИЭТ, ноября г. Ii i i i i i v , iv i, v, , . Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано научных работ, из них 7 статей и 6 работ в материалах научнотехнических конференций. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего наименований. Основная часть работы изложена на 4 страницах машинописного текста. Работа содержит рисунков и 8 таблиц. ГЛАВА 1. Явление комбинационного рассеяния света КР, широко использующееся в молекулярной спектроскопии, заключается в появлении в спектре рассеяния новых линий, являющихся комбинациями частоты падающего света и частот колебательных и вращательных переходов в спектре молекулы 3,4. В спектре кроме основной линии рэлеевского рассеяния присутствуют линии с частотами V Ду, интенсивность которых ниже на 6. Численно комбинационный сдвиг V в единицах волнового числа см1 пропорционален собственной частоте колебания молекулы у су, где с скорость света, и может быть представлен как разность V 1А,Хкр, где Х0 и Хкр длины волн падающего и рассеянного света, соответственно. Интенсивность КР зависит от интенсивности возбуждающего излучения и, в общем случае, от его частоты. Эта зависимость для области спектра, лежащей за пределами области электронного поглощения молекул нерезонансное КР, описывается следующим образом 1УЩа2 излучение осциллирующего диполя молекулы, где о интенсивность возбуждающего излучения, А количество молекул, участвующих в процессе рассеяния, у0 частота возбуждающего излучения, а поляризуемость молекулы. Колебательная энергия рассеивается в виде тепла, однако изза низкой интенсивности КР тепло не вызывает существенного нагрева материала.