微纳结构薄膜可控制备与光学特性研究

【作者】 罗迪帆； 黄旭； 江绍基；

【机构】 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室；

【摘要】 随着现代光电子工业向着集成化和微型化发展,探索满足特殊需求的薄膜和纳米结构器件并研究其生长机理,已经成为当今众多学科交叉研究的热点之一。通过引入基于物理气相沉积的薄膜制备新技术——倾斜沉积（Glancingangle deposition,GLAD）方法,本小组在真空镀膜过程中有效控制了沉积角度的倾斜和衬底旋转,制备出了形貌可控、结构多样的微纳薄膜,如斜柱状、直柱状、螺旋状等等,可实现其在微纳光电子器件等领域的应用。对于介质材料微纳薄膜,其三维螺旋状的结构在光学上存在圆布拉格现象,即具有区分不同偏振态圆偏入射光的能力。本小组制备了三维SiO₂、TiO₂螺旋状微纳薄膜,研究了制备参数对结构参数的调控关系,测试了螺距、螺旋数目等结构参数对圆布拉格特性的影响,拟合出相应的函数关系式,其结果与理论模拟计算相吻合。此外,由Ag、Cu等金属材料倾斜沉积所制备的微纳薄膜是表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Ramar scattering,SERS）活性基底的上佳选择,可以将吸附在其表面的分子拉曼信号放大多个数量级。但金属材料分子存在表面迁移率过大的特点,难以形成柱径分离的多孔结构薄膜。为克服上述局限性,本小组引入了周期性预结构及低温设备,前者通过预结构纳米球阵列所产生的阴影效应,分离纳米柱;后者则能有效降低基片表面温度,抑制分子扩散能。通过以上两种方式,本小组克服了常规条件下金属微纳薄膜占空比大的缺陷,制备出高孔洞率的斜柱状、直柱状的Ag薄膜。此外,利用若丹明（R6G）作为探针分子,本小组测试了微纳结构Ag薄膜的拉曼光谱,并计算出其表面增强因子。通过定量分析,探讨了增强因子和周期性预结构尺寸及衬底温度之间的依赖关系,可对金属微纳薄膜的可控制备提供指导意义。研究不同材料的多维结构薄膜与光学特性之间的关系,有助于我们更深入地了解微纳薄膜的生长机理,进而为探寻薄膜光学特性的最优化结果拓宽思路。更多还原