Transcript 赤外吸収が増大。
アニール温度による膜形状の変化 走査型電子顕微鏡(SEM) の画像(２万倍) Agを10nm蒸着させただけの試料 150℃で加熱 (アニール) 蒸着後、150℃で加熱した試料 300℃で加熱 (アニール) 蒸着後、300℃で加熱した試料 実験試料 (PNTP) 赤外透過スペクトルの測定対象として、p-ニトロチオフェノール (PNTP)を使用した。 自己組織化単分子膜(SAM)を形成 1分子層のみAg層を覆うので、膜の厚さにむらがなく、 均一吸収強度の評価に優れている PNTPの構造 Ag膜 Si基板 吸収強度の評価方法 吸収強度を、面積強度として求める １、吸収強度のスペクトルを算出、 ２、バックグラウンドの線を引く。 ３、線で囲まれた部分の面積を求める。 （面積→面積強度） この部分の振動によ る吸収スペクトル 0.10 0.10 0.09 0.09 0.08 0.08 (NO2) Integral Intensity (NO2) Integral Intensity 吸収強度の粒子サイズ依存性 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 粒子サイズ 0.02 0.02 145 150 155 160 165 170 Particle Peak Size (nm) 175 180 粒子面積 2400 2600 2800 3000 3200 3400 Particle Area (Pixel) ※たて軸は、δ(NO2)バンドにおける面積強度。 一次元、二次元、ともに粒子サイズの小さい方が、赤外吸収が増大。 Ａｇ粒子が、より微細な方が、赤外吸収が大きくなる。 吸収強度の粒子間距離 依存性 0.09 (NO2) Integral Intensity 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 粒子間距離 0.03 160 180 200 220 Gap Peak Size (nm) 粒子間距離が小さいほど、赤外吸収が増大 。 Ａｇ粒子同士の間隔が狭いほど、赤外吸収が大きくなる。 0.10 0.10 0.09 0.09 0.08 0.08 (NO2) Integral Intensity (NO2) Integral Intensity 吸収強度の粒子数･粒子面積 依存性 0.07 0.06 0.05 0.04 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.03 粒子の個数 0.02 Ag粒子が､Si基板を占める割合 0.02 140 150 160 170 180 Particle Number 190 200 210 34 35 36 37 38 39 Ag Area Frection (%) ※たて軸は、δ(NO2)バンドにおける面積強度。 Ａｇ粒子の数が多く、基板上を多く占めるほど、赤外吸収が増大。 0.10 Size 0.08 Area 粒子サイズ(左) 粒子面積 （右） 0.06 (NO2) Integral Intensity 0.04 0.02 0.10 150 160 170 180 2500 2750 3000 3250 Gap Range 0.08 粒子間距離 0.06 0.04 0.02 0.10 0.08 160 180 200 220 Number Ratio 0.06 0.04 0.02 140 150 160 170 180 190 200 粒子数 35 36 37 38 39 粒子が占める割合 より微細な粒子が､より多く、より密に存在するほど、 赤外吸収が増大。 赤外吸収の形状依存イメージ Ａｇ粒子 赤外吸収・大 Ｓｉ基板 赤外吸収・小 より微細な粒子が､より多く、より密に存在するほど、 赤外吸収が増大。 蒸着法における薄膜の形状の変化１ 08年度 作製法の試料 （５万倍 SEM画像） 09年度 作製法の試料（５万倍 SEM画像） ※ 蒸着させたAgの量は、どちらも質量膜厚10nm 膜厚を一定のまま、粒子サイズ変化域の拡大に成功！ 蒸着法における薄膜の形状の変化２ 08年度 作製法 平均粒子サイズ＝約170nm 09年 作製法 平均粒子サイズ＝約55nm より小さく、より密な試料の作製が可能になった。 ※以前の結論通りだと、粒子の小さい右の試料の方が、赤外吸収は大きいはず。 まとめ 目的 … Ag薄膜における赤外吸収増大の形状依存性を解明する。 条件 … 質量膜厚はすべて一定にし、 Ag薄膜の粒子形状は、アニールによって変化させる。 実験結果 ・基板上に蒸着されたのＡｇ粒子は、より多くより小さい方が、 赤外吸収増大。 ・Ａｇ粒子同士の間隔は、より狭い方が赤外吸収増大。 今後は、粒子サイズと吸収増大の関係に、さらに注目し､ より多数の粒子サイズによる赤外吸収を、観察する必要がある 補足資料１ 赤外透過率 各温度で１時間アニールした試料のAgとPNTPの透過率。(PNTP/Ag/Si ÷ Si) アニール温度により、おおよそ透過率スペクトルの形が決まってくる Transmittance 300 degree 0.6 200 degree 150 degree 0.4 0.2 100 degree 0.0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 -1 Wavenumber (cm ) as-depo as-depo 150,1h 0.8 300,1h 1.0 補足資料２ 異常光吸収 の原理 Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどの自由電子金属が薄膜として存在する とき、異常光吸収が起こる。 ・可視域では、吸収バンドが存在するため、着色が起こる。 膜厚の増加に伴い、吸収ピークが長波長側にずれ、バンド幅が広がる。 ・赤外域では、 吸収増大が起こる。 共鳴効果； 電磁波の波長より小さい粒子は、電磁波の入射で分極。 そして、粒子内の自由電子と相互作用。 非共鳴効果； ３層系における第２層は、誘電率の異なる物質が混合 することで電場の集中。 これらは、薄膜の形状に依存する 補足資料３ １、共鳴効果 粒子のサイズ « 電磁波の波長 粒子に電磁波を照射 電磁波 電磁波の電場により粒子が分極 分極と粒子内電子が相互作用 相互作用 ← ＋ → － － ＋ 粒子 粒子 電磁波と粒子が相互作用 補足資料４ ⊥ ２、非共鳴効果 E m = E g （ 界面と 平行方向 ） E g ε g = E m ε m （ 界面と 垂直方向 ） 誘電率の異なる 物質の混合による 局所場増大 E x , y− local = E x , y− eff L gap g L 金属 Lgap 基板 L L− L gap m