金奈米結構及金薄膜邊界之表面電漿特性研究

Study of Plasmonic Properties of Gold Nanostructures and Gold Film Edges

羅盛永

指導教授 ： 林鶴南

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2012年)

摘要

本論文希望探討表面電漿極化子 (surface plasmon polariton, SPP) 在金奈米波導結構上的傳播性質以應用於電漿子電路，因此使用近場光學掃描顯微鏡量測以聚焦離子束蝕刻製作的金奈米波導結構。此波導結構包含奈米孔洞陣列以及用兩列溝槽做出的奈米橋。第一種結構為50 nm 厚的金膜以及2 nm 厚的鈦黏著層，孔洞陣列及溝槽處的蝕刻深度相等，我們觀察到其 SPP 干涉波紋波長約592 nm。第二種結構為50 nm厚的金膜以及50 nm厚的鈦膜，在孔洞陣列處的蝕刻區域包含金膜及鈦膜，在溝槽處的蝕刻區域則僅包含金膜，我們觀察到其 SPP 干涉波紋波長約523 nm。這顯示了SPP 波長將隨複合金屬薄膜的比例不同而改變。
此外，由於幾乎沒有文獻探討過薄膜邊界的侷域性表面電漿共振 (localized surface plasmon resonance, LSPR) 性質，本論文使用了暗視野光學顯微鏡量測金薄膜邊界的散射光譜。在散射光譜中可發現三個 LSPR 峰，在40 nm厚的金薄膜邊界上，其波長分別為517 nm、588 nm、646 nm。藉由分析穿透式電子顯微鏡影像及不同入射光極化方向的量測結果，我們推測了在金薄膜邊界對應於共振峰可能的 LSPR 方向。共振峰波長大致上隨著金薄膜厚度增加而紅移；也隨著介質環境折射率的增加而紅移，因此可做為感測應用。我們使用空氣、水、聚甲基丙烯酸甲酯三種不同介質以量測其介質折射率感測靈敏度，並在60 nm 厚的金薄膜邊界上達到最佳的112 nm/R.I.U.。

關鍵字

表面電漿 ； 侷域性表面電漿共振 ； 近場光學顯微術 ； 表面電漿極化子

參考文獻

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