研究目的
展示掺铌二氧化钛(TiO2:Nb)在纳米带和纳米盘天线阵列中用于红外等离子体器件(如表面增强红外吸收光谱技术SEIRA)的应用。
研究成果
该研究成功设计并制备了基于掺铌二氧化钛的纳米带和纳米盘天线阵列。随着纳米带和纳米盘尺寸增大,其光谱特征呈现峰值位置的红移现象,且通过进一步扩展尺寸有望提升品质因数。
研究不足
研究指出,模拟中使用了完美长方体,但实际获得的长方体边缘并非完全平整。此外,蚀刻后电子载流子浓度降低,可能是由于纳米结构表面存在捕获电子的氟离子。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用电子束光刻结合等离子体刻蚀与氧等离子体灰化工艺制备TiO2:Nb纳米天线阵列,并通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征其光学特性。
2:样品选择与数据来源:
样品制备于硅(001)和硼硅酸盐玻璃基底上,TiO2:Nb薄膜通过室温共溅射TiO2陶瓷靶与Nb金属靶获得。
3:实验设备与材料清单:
包括溅射腔室(芝浦机电)、椭偏仪(SENTECH)、电子束光刻系统(ELIONIX)、反应离子刻蚀机(ULVAC)、氧等离子体灰化设备(Mory PB-600)、扫描电子显微镜(SEM,日立)、原子力显微镜(AFM,布鲁克公司)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,赛默飞世尔科技Nicolet iS50)。
4:0)、扫描电子显微镜(SEM,日立)、原子力显微镜(AFM,布鲁克公司)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,赛默飞世尔科技Nicolet iS50)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:依次进行溅射沉积、电子束光刻、显影、SF6气体干法刻蚀及氧等离子体灰化处理,最终采用SEM、AFM和FTIR进行样品表征。
5:数据分析方法:
通过时域有限差分法(FDTD)模拟与实验结果进行对比分析。
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Ellipsometry
SE 850 DUV and SENDIRA
SENTECH Instruments GmbH
Characterization of optical properties of TiO2:Nb thin films.
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Atomic force microscope
Nanoscope 5
Bruker Corporation
Investigation of shape and morphology of strip and disk nanostructures.
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Fourier transform infrared spectroscopy
Nicolet iS50
Thermo Scientific
Assessment of the resonance features of nanostructures.
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sputtering chamber
!-Miller
Shibaura Mechatronics Corporation
Used for co-sputtering deposition of TiO2:Nb films.
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electron beam lithography
ELS-7500EX
ELIONIX INC
Writing desired pattern onto the resist layer.
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reactive ion etching
CE-300I
ULVAC
Removing unnecessary surrounding TiO2:Nb nanostrips or nanodisks.
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oxygen plasma ashing
PB-600
Mory
Washing away the remaining electron resist.
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scanning electron microscopy
SU-8400
Hitachi High-Technologies Corporation
Investigation of shape and morphology of strip and disk nanostructures.
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