ITO薄膜的制备及其表面等离子体特性研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sunday_rectina
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ITO薄膜具有高载流子浓度(1020cm-3)、低电阻率(10-4?·cm)及高可见光透过率(>80%),被广泛的应用于平面显示、太阳能电池以及电磁屏蔽等领域。表面等离子体因具有近场增强效应被广泛的应用于传感、探测、超分辨率成像等领域。目前表面等离子体材料多采用金属,但金属在红外范围内的损耗较高且性质固有,这些性质严重影响了器件的性能。ITO具有可调的光电性质,在红外范围内实现表面等离子体效应的同时损耗较小,因此可以作为红外范围内理想的表面等离子体材料。本文首先采用直流磁控溅射法在不同温度、不同溅射时间以及不同衬底的实验条件下制备ITO薄膜,优化其工艺参数:当制备温度450℃,溅射时间为115min时电阻率最低(8×10-5?·cm),溅射时间为15min时可见光平均透过率最高(96%);与玻璃衬底和石英衬底相比,以蓝宝石为衬底制备的ITO薄膜表面粗糙度较小,均方根粗糙度(Rq)低至1.13nm;不同条件下制备的ITO薄膜均为立方多晶铁锰矿结构。通过改变ITO薄膜的制备温度和溅射时间,实现了表面等离子体共振波长的有效调制(2000-1183nm)。理论计算了ITO薄膜的介电常数实部,证明其表面等离子体共振波长的大小主要由载流子浓度决定。最后采用时域有限差分法模拟了ITO纳米阵列的消光光谱与局域电场分布,得到:当ITO纳米阵列的局域表面等离子体共振峰与入射波长匹配时,ITO纳米结构的局域电场强度提高了2-3倍。
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