ZnO/Ag/ZnO和Ag/ZnO/Ag两种三层膜结构的表面等离子体荧光增强研究

论文摘要

金属纳米颗粒的光学性质及其在表面荧光增强中的应用是当今纳米科学研究中的一个热点。利用金属表面自由电子振荡与材料发光的相互作用产生共振,从而实现材料发光增强已经成为一种增强材料和器件发光的有效方法。本文的工作中心是研究了ZnO/Ag/ZnO/Si和Ag/ZnO/Ag/Si两种新型的耦合结构在荧光增强上相对于Ag/ZnO/Si和ZnO/Ag/Si两种传统的耦合结构所具有的优势,并进一步探讨了金属表面等离子体在半导体荧光增强和湮灭中的作用与机理。在Ag/ZnO/Si两层结构基础上制备了ZnO/Ag/ZnO/Si三层结构,实现了荧光强度的进一步提高,对比研究了ZnO/Ag/ZnO/Si三层结构和Ag/ZnO/Si两层结构荧光增强因子随Ag生长时间的变化曲线。相对于两层结构,ZnO/Ag/ZnO/Si三层结构中间Ag层产生的局域场得到了充分的利用,在荧光增强方面更具优势,增强因子最大为Ag/ZnO/Si两层结构荧光增强因子的5.5倍。在ZnO/Ag/Si两层膜基础上制备了Ag/ZnO/Ag/Si三层结构,实现了荧光强度的进一步提高,对比研究了Ag/ZnO/Ag/Si三层结构和ZnO/Ag/Si两层结构的荧光增强因子随着Ag生长时间的变化曲线。相对于两层结构,Ag/ZnO/Ag/Si三层结构两层Ag使得中间ZnO层的局域场强度大大增强,其荧光增强因子最大为ZnO/Ag/Si两层结构的2倍。最后将ZnO/Ag/ZnO/Si和Ag/ZnO/Ag/Si两种三层结构进行了对比研究。由于Ag与ZnO接触造成的荧光减弱和Ag周围表面等离子体造成的荧光增强两者之间的竞争在Ag不同生长时间所占的主要地位不同,在Ag生长时间小于15s时,ZnO/Ag/ZnO/Si的荧光增强更具有优势,而在Ag生长时间大于等于30s之后,Ag/ZnO/Ag/Si的荧光增强更具有优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 表面等离子体光子学背景介绍
• 1.1.1 表面等离子体基本知识
• 1.1.2 表面等离子体激元（SPP）介绍
• 1.1.3 局域表面等离子体（LSP）介绍
• 1.1.4 表面等离子体光子学的应用
• 1.1.4.1 表面等离子体芯片
• 1.1.4.2 生物传感
• 1.1.4.3 SP在光电器件上的应用
• 1.2 ZnO背景知识介绍
• 第二章 表面等离子体荧光增强机理
• 2.1 表面等离子体荧光增强机理解释
• 2.1.1 激发率增强
• 2.1.2 复合率增加
• 2.1.3 电荷转移
• 2.2 耦合体系对表面等离子体荧光增强的影响
• 2.2.1 不同耦合体系的表面等离子体荧光增强
• 2.2.2 耦合体系对表面等离子体荧光增强的限制与解决方法
• 第三章 多层结构薄膜样品的制备工艺
• 3.1 ZnO薄膜的制备
• 3.1.1 电子束蒸发的原理
• 3.1.2 电子束蒸发的步骤
• 3.2 金属薄膜的制备
• 3.2.1 热蒸发的原理
• 3.2.2 热蒸发的步骤
• 第四章 ZnO/Ag/ZnO和Ag/ZnO/Ag两种三层膜结构的表面等离子体荧光增强的研究
• 4.1 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 ZnO/Ag/ZnO/Si三层膜结构和Ag/ZnO/Si两层膜结构表面等离子体荧光增强的对比研究
• 4.2.2 Ag/ZnO/Ag/Si三层膜结构和ZnO/Ag/Si两层膜结构表面等离子体荧光增强对比研究
• 4.2.3 ZnO/Ag/ZnO/Si和Ag/ZnO/Ag/Si三层膜结构荧光增强对比研究
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间研究成果