|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Синтез и локальный контроль фотонной стоп-зоны плёнок опалового типадипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Климонский Сергей Олегович
- Автор: Бахия Тамуна
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2016
- Аннотация: Прогресс в микроэлектронике в последнее время все чаще сталкивается с проблемой существования фундаментальных ограничений быстродействия и энергосбережения для полупроводниковых устройств. В связи с этим все большее количество исследований посвящается разработке новых материалов, которые смогут стать основой оптоэлектроники в будущем, в том числе фотонным кристаллам – пространственно упорядоченным системам со строго периодической модуляцией диэлектрической проницаемости в масштабе порядка длины волны света. Возросшее внимание уделяется фотонным кристаллам нового типа, в структуру которых включены полупроводниковые или металлические квантовые точки (квантовым фотонным кристаллам). В частности, сообщается о наблюдении в фотонных кристаллах опалового типа, а также в квантитах, образованных квантовыми точками, периодически распределенными в однородной оптической среде, так называемого конверсионного отражения, происходящего с изменением длины волны падающего света. Целью нашей работы является синтез и изучение оптических свойств новых фотоннокристаллических материалов. В ходе работы мы поставили перед собой следующие задачи: 1. совершенствование метода доращивания коллоидных микрочастиц SiO2; 2. синтез пленок фотонных кристаллов со структурой опала, инвертированного опала и композитов с наночастицами золота на их основе; 3. локальный контроль оптических свойств полученных пленок; 4. анализ проблемы конверсионного отражения фотонных кристаллов. Синтез сферических микрочастиц SiO2 проводился путем многоступенчатого доращивания коллоидных наночастиц, полученных методом Штобера (гидролиз тетраэтоксисилана (Si(OC2H5)4 ) в водно-спиртовой среде в присутствии аммиака). Метод доращивания зародышей позволяет получать сферические микрочастицы заданного размера со стандартным отклонением диаметров менее 5%. Данный метод был адаптирован нами для ускоренного доращивания частиц в лабораторных условиях при комнатной температуре. Выращивание коллоидных кристаллов проводили методом вертикального осаждения, позволяющим получать пленки с одинаковой ориентацией доменов на большой площади. Для инвертирования структуры применяли ее заполнение фоточувствительной смолой с последующей фотополимеризацией и вытравливанием микрочастиц SiO2 плавиковой кислотой. Для синтеза квантовых точек золота размером порядка 30 нм был применен цитратный метод Туркевича, основанный на восстановлении золотохлористоводородной кислоты цитратом натрия. Введение квантовых точек золота в инвертированные фотонные кристаллы осуществляли путем многократного повторения цикла пропитки раствором квантовых точек с последующим промыванием образца в водно-спиртовой смеси. В результате выполненной работы были изготовлены пленки со структурой опала (из SiO2) и инвертированного опала (из фоторезиста ETPTA). Получены инвертированные опалы с наночастицами золота, положение фотонной стоп-зоны которых согласовано с плазмонным резонансом наночастиц. Установлено, что контроль фотоннокристаллических свойств пленок со структурой опала и инвертированного опала, производимый с локальностью 100 мкм, позволяет выявить наличие доменов с разным периодом структуры. Структурное совершенство пленок улучшается по мере их роста, о чем свидетельствуют как улучшение четкости фурье-образов изображений микроструктуры пленок, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии, так и сужение экстремумов в спектрах пропускания и отражения, соответствующих фотонной стоп-зоне. Установлено, что природа полосы конверсионного типа, наблюдаемой нами в спектрах отражения пленок опалов и инвертированных опалов, связана не с конверсией как таковой, а с отражением внешнего сигнала той же длины волны, возникающего, предположительно, из-за люминесценции световодов. Обнаружено, что при введении в пленки инвертированного опала наночастиц золота высота пика отражения в области фотонной стоп-зоны меняется немонотонным образом. При достаточном числе циклов пропитки раствором наночастиц этот пик становится выше, чем в исходных, не содержащих наночастиц золота, образцах. После заполнения структурных пустот квантового фотонного кристалла Au/ETPTA тем же фоторезистом ETPTA был получен образец квантита. Он также обладал фотонной стоп-зоной, что свидетельствует о наличии определенной периодичности в распределении наночастиц золота.
- Добавил в систему: Климонский Сергей Олегович