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研究生： 羅盛永
論文名稱： 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
指導教授： 林鶴南
口試委員: 林鶴南
黃承彬
許鉦宗
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 66
中文關鍵詞： 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
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    • 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.。

    目錄 目錄 i 圖目錄 iv 表目錄 viii 致謝 ix 摘要 x Abstract xii 第一章 緒論 1 1.1 表面電漿子 1 1.2 研究動機 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 表面電漿原理 4 2.1.1 平坦介面之表面電漿極化子 4 2.1.2 表面電漿極化子之激發方法 10 2.1.3 侷域性表面電漿共振 14 2.2 表面電漿效應之應用 16 2.2.1 電漿子電路 16 2.2.2 介質折射率感測 20 2.3 近場光學掃描顯微術 21 2.3.1 發展史 21 2.3.2 影像形成及收光模式 22 第三章 實驗方法 25 3.1 實驗儀器 25 3.1.1 真空離子濺鍍機 26 3.1.2 電子束蒸鍍系統 27 3.1.3 雷射微管拉針機 28 3.1.4 單面對準曝光機 29 3.1.5 聚焦離子束與電子束顯微系統 29 3.1.6 掃描式電子顯微鏡 30 3.1.7 穿透式電子顯微鏡 30 3.1.8 光學顯微鏡 31 3.1.9 光纖光譜儀 31 3.1.10 近場光學掃描顯微系統 33 3.2 實驗步驟 37 3.2.1 近場光學探針製作 37 3.2.2 表面電漿極化子理論計算 38 3.2.3 近場光學掃描顯微術量測 39 3.2.4 金奈米波導結構製作 40 3.2.5 金薄膜圖樣製作 40 3.2.6 暗視野散射光譜量測 42 3.2.7 介質折射率感測 43 第四章 結果與討論 44 4.1 近場光學探針製作 44 4.2 金奈米波導結構 46 4.2.1 表面形貌量測 46 4.2.2近場光學量測(垂直入射式光路) 48 4.2.3近場光學量測(全反射式光路) 52 4.3 金薄膜邊界 54 4.3.1暗視野散射光譜量測 54 4.3.2 介質折射率感測 58 第五章 結論與未來展望 61 參考文獻 63

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