利用金作为催化剂在不同衬底上制备二氧化硅纳米线

利用金作为催化剂分别在二氧化硅及硅衬底上制备出二氧化硅纳米线。用扫描电子显微镜（SEM）及x射线光电子能谱（XPS）对纳米线进行了结构表征。SEM结果表明二氧化硅纳米线的长度为几个纳米,直径为20-150纳米。XPS结果给出硅与氧的原子比为1:2,说明所得到的为二氧化硅纳米线。二氧化硅纳米线的生长机理为气-液-固（VLS）机制。实验发现退火时间影响二氧化硅纳米线的形貌。我们也讨论了衬底对纳米线生长的影响。     

银纳米线表面等离子体波导的传输损耗特性研究

通过远场聚焦光斑激发银纳米线表面等离子体激元(SPP: Surface Plasmon Polariton),并搭建银纳米线路由传输结构改变SPP的传输距离,研究了SPP的传输损耗特性。实验上测量了置于玻璃衬底表面的银纳米线在不同激发波长时SPP的传输损耗系数,发现SPP的传输损耗具有波长依赖性：632.8nm激光激发时,传输损耗系数为0.115 ,780nm激光激发时,传输损耗系数为0.0923 ,即传输损耗系数在长波激发时小,而在短波激发时大。测量结果对基于银纳米线波导的集成微纳光学系统设计有很好的指导作用。     

InGaN/GaN多量子阱纳米线发光二极管制备及研究

用SiO2纳米图形层作为模板在以蓝宝石为衬底的n-GaN单晶层上制备了InGaN/GaN多量子阱纳米线,并成功实现了其发光二极管器件(LED).场发射扫描电子显微镜(FESEM)的测量结果表明,InGaN/GaN多量子阱纳米线具有光滑的表面形貌和三角形的剖面结构.室温下阴极射线荧光谱(CL)的测试发现了位于461 nm...     

Al/SiO_2/Si表面Al_2O_3纳米图形的AFM阳极氧化制备方法

采用AFM阳极氧化方法,在控制AFM探针尖端电压和扫描方式的条件下,在Al/SiO2/Si表面制备了Al2O3纳米图形,图形最小尺寸为70nm.研究了表面吸附水层存在下AFM阳极氧化机理.实验结果表明AFM阳极氧化是制备金属氧化物半导体纳米器件的较好方法     

Al/SiO2/Si表面Al2O3纳米图形的AFM阳极氧化制备方法

采用AFM阳极氧化方法,在控制AFM探针尖端电压和扫描方式的条件下,在Al/SiO2/Si表面制备了Al2O3纳米图形,图形最小尺寸为70nm.研究了表面吸附水层存在下AFM阳极氧化机理.实验结果表明AFM阳极氧化是制备金属氧化物半导体纳米器件的较好方法.     

硅衬底上ZnO纳米线的制备及其导电性能

采用无催化剂的气相输运方法在n-Si衬底上制备了ZnO纳米线.其直径约100 nm至200 nm,长度约几微米,X射线衍射图谱的所有峰位与典型的六角纤锌矿ZnO相匹配.霍尔效应测量表明纳米结构ZnO具有良好的导电性.纳米ZnO/n-Si的电压电流关系显示其具有整流特性.基于纳米ZnO/n-Si界面的能带结构对其导电特性进行了分析讨论.     

飞秒激光诱导金属银纳米布线加工精度的研究

对飞秒激光诱导银纳米布线的加工精度进行研究,并将其应用于微纳器件的加工领域。对飞秒激光与银离子前驱体溶液的相互作用进行了实验,通过对飞秒激光功率、曝光时间、前驱体溶液中表面活性剂种类以及浓度的调控,利用扫描电子显微镜对布线结构进行表征,得到140nm宽的银纳米线。利用飞秒激光制备出一组银微纳图案和微型催化反应器。该研究为银微纳结构图案制备以及复杂衬底上金属功能器件集成提供了新的技术。     

修饰银纳米粒子的石墨烯泡沫镍衬底制备及其SERS活性研究

为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题,设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底,并进行了实验研究.利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯,并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面,烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底.采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究,结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光;泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附;同时,银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性.而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性,是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底.     

银纳米线-三角片耦合结构发射光的偏振依赖特性

银纳米线可以承载传播的表面等离激元,纳米片可以产生局域的表面等离激元,二者形成的耦合结构不但可以将传播光场耦合为局域增强光场,还可以调控光场的偏振态等性质,为纳米光调控提供新的自由度。本团队构建了银纳米线-三角片耦合结构,并发现耦合结构的发射偏振与纳米线-三角片的耦合方式有关：当三角片与纳米线之间是“线”接触耦合时,耦合结构的发射偏振随着激发偏振的旋转而旋转;当二者是“点”接触耦合时,无论激发偏振如何变化,发射偏振角度几乎保持160°不变。进一步,利用时域有限差分法验证了出射偏振对入射偏振的依赖特性。通过计算自由电流密度体积分揭示了纳米线中传播的表面等离激元模式与银纳米线-三角片耦合模式的转化机制,以及不同表面等离激元模式的叠加对发射偏振的调控。这些发现为纳米尺度上的光调控以及在纳米尺度上构建纳米光子器件提供了更多灵活性。     

硅基有序截锥短纳米线的陷光特性

高效陷光是提高薄膜太阳电池效率的重要因素。本文利用周期性的截锥Si纳米线结构获得了宽光谱的高效陷光,其陷光机制借助FDTD solution软件进行了分析。利用图形衬底和选择性外延技术,先在硅衬底上生长出传统的周期性圆柱状硅纳米结构,长度为200nm,直径为80nm;之后利用热氧化技术,制备出可控的截锥纳米线结构,长度为140nm时,其在300-900nm的平均反射率低于5%。这表明有序截锥短纳米线具有良好的宽光谱减反特性,可应用于径向纳米线太阳电池的制备。     

Silicon micromachined diamond-shaped AFM cantilever for accurate mechanical tests of MEMS structures

A novel single crystalline silicon diamond-shaped atomic force microscope (AFM) cantilever for accurate mechanical tests of MEMS structures is presented. A strip bending test of micromachined gold thin film strip specimens has been performed using the proposed AFM cantilever. The experimental results show that a more accurate and uniform bending test is possible with this new cantilever by suppressing lateral motions of a conventional beam-shaped cantilever.     

两种基于MEMS谐振器的原子力显微镜探针

目前商用原子力显微镜(AFM)大多使用的微悬臂式探针,力灵敏度可达到pN级别。然而受到工艺水平及检测方法限制,微悬臂谐振频率难以超过3.5 MHz,且Q值较低,制约了AFM的成像速度以及在液体中的成像效果。另外,光杠杆的检测方法无法与探针本身进行片上集成,较小的悬臂也给激光束的聚焦带来困难。基于以上考虑,本文提出两种基于MEMS谐振器的探针,振频率可达11 MHz,Q值为4 000,并集成了执行与传感功能以及批量加工纳米针尖的工艺。目前两种探针都已经实现对树脂图案的成像功能,力灵敏度最高可达5pN/√Hz。     

不同粒径的SiO_2纳米粒子与PVK分子复合体系的发光性质研究

通过溶胶-凝胶的方法,在乙醇溶液中合成了40nm和60nm两种不同粒径的SiO2纳米粒子,并将其分别与聚乙烯咔唑(PVK)混和,得到了不同粒径、不同质量分数配比的PVK/SiO2纳米粒子复合体系;利用光致发光光谱、吸收光谱和喇曼光谱,深入研究了PVK分子在不同状态条件下的发光特性和PVK/SiO2纳米粒子复合体系的光学性质;在复合体系中,观察到PVK与SiO2纳米粒子之间的界面能量转移过程,且不同粒径的SiO2纳米粒子对PVK分子的发光性质影响也不同。通过喇曼光谱的进一步研究表明,SiO2纳米粒子的存在,使PVK分子的振动能量明显减小,表明PVK分子与SiO2纳米粒子表面存在较强的相互作用。     

ZnO/Ag 纳米线复合薄膜的光电导型紫外探测器

ZnO/Ag纳米线复合薄膜紫外探测器是利用水热法在旋涂制备的Ag纳米线薄膜上生长ZnO 纳米线阵列制备得到。此紫外探测器在4.9 mW cm_-2紫外光强和1V偏压下,其明暗电流比为3100,响应恢复时间分别为3.47s和3.28s,响应度为0.25A/W,探测度为6.9×10₁₂Jones。制备和工作参数被分析以优化紫外探测器结构和性能,如ZnO 纳米线的生长时间,Ag纳米线薄膜的旋涂转速和紫外探测器的工作温度。     

Measuring topography and refractive index of channel waveguideswith a hybrid AFM-SNOM

An hybrid atomic force-scanning near-field optical microscope (AFM-SNOM) has been realized starting from a home-built AFM. The instrument uses a tetrahedral SiN tip for force and near field detection and is designed to provide, besides simple imaging, a full three-dimensional (3-D) mapping of force, friction and light intensity on the sample. High-resolution optical images of dielectric samples are presented together with curves describing the behavior of the collected optical intensity as a function of tip-object distance. AFM images and force-distance curves are reported as well and are compared with those obtained from the optical channel. Subwavelength features of the samples can be easily appreciated in both kinds of images, and the refractive index of the object can be computed from the attenuation constant of the tunneling light detected by the tip, with the AFM curve providing a convenient way of detecting the contact point. The spatial resolution of this kind of measurement is far better than that obtainable with any other index-measuring device. Homogeneous glass samples as well as monomode channel waveguides were analyzed in our experiments. The refractive index of several different prisms, made either of BK7 (n=1.519 at λ=532 nm) or of SF58 (n=1.932) glass, could be measured with our near-field technique. As for the channel waveguides, the accuracy of our measurements lets us detect their presence and lateral extension in the substrate but is not yet sufficient to allow the reconstruction of their index profile     

基于SPP的1550纳米光波导的超长传输特性

采用严格电磁理论研究了介质-金属-介质型光波导激发表面等离子激元(SPPs)的电磁特性,对比分析了SPP波在SiO2/Ag/SiO2和Si/Ag/Si光波导的传输距离。研究表明,对于1550nm光通信波长入射光及10nm厚的金属银膜层,SiO2/Ag/SiO2光波导中非对称SPP的传输距离可达40cm,明显高于对称SPP波的传输距离,也显著高于非对称SPP波在Si/Ag/Si波导中的传输距离,具有超长传输距离;随着金属层厚度的增加SPP波的传输距离明显减小,当银层厚度超过50nm后,非对称的SPP在SiO2/Ag/SiO2及Si/Ag/Si波导中的传输距离趋于一致,约为200nm;此时银层厚度变化对SPP波传输距离的影响明显减弱。     

测量薄膜微粗糙度的总积分散射仪

介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射（TIS）分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述，提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银（Ag）膜和氧化锆（ZrO2）薄膜进行了测量，并根据标量散射理论得到了表面均方根（RMS）粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜（AFM）分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度，并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明，根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮廓仪及原子力显微镜测量得到的表面均方根粗糙度符合得较好，相差在0．01～0．13nm范围内。     

Au/SiO_2纳米复合薄膜的结构表征及光致发光特性

采用磁控溅射和退火技术制备出Au/SiO2纳米复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对上述纳米复合薄膜进行了结构表征。实验结果表明,纳米复合薄膜的表面上均匀分布着直径在100～300nm的金纳米颗粒。金纳米颗粒的大小随着退火时间的增加而增大。用荧光光谱仪(PL)对薄膜的光致发光特性进行了研究。结果表明,在激发波长为325nm时,分别在525nm和560nm处出现两个发光峰;在激发波长为250nm时,在325nm处出现发光峰,这一发光峰可能与非晶SiO2的结构缺陷有关。     

纳米粉体的分散技术与科学应用

研究了不同材质的7种纳米粉体中单个纳米粒子的结构特征;探讨了极稀的水(无水乙醇)溶液中纳米粒子的单分散状态及不同基底表面的纳米涂层技术;获得了纳米粉体中单个纳米粒子的三维结构及相关信息。不锈钢基底表面的涂层达10层时其表面粗糙度为最小,薄膜呈现出平滑的表面。即使达20层时,不锈钢基底上三种金属氧化物薄膜的表面粗糙度依次约为2.946、3.006和4.246nm,仍然属于nm尺度范围,为纳米涂层技术和纳米粉体的应用研究提供了直接的科学依据。