Επίδραση Της Ανόπτησης με Λέιζερ στο Νανοσωματιδίων Αργύρου Εγκλεισμένων σε Μήτρα AlN
Creators: name: Δελλή, Ευαγγελία Αλέξανδρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Ανόπτηση
Λέιζερ
Νανοσωματίδια
Annealing
Laser
Nanoparticles

description: Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η διερεύνηση της επίδρασης ταχείας ανόπτησης με λέιζερ UV στη μικροδομή νανοσύνθετων κεραμομεταλλικών υλικών. Συγκεκριμένα, εξετάζουμε υλικά τα οποία αρχικά εμφάνιζαν πολυστρωματική δομή της μορφής AlN/Ag. Μετά τη διαδικασία ανόπτησης η μικροδομή τους τροποποιήθηκε και σχηματίστηκαν μεταλλικά νανοσωματίδια αργύρου μέσα στη μήτρα AlN. Η αρχική πολυστρωματική δομή των δειγμάτων αναπτύχθηκε με τη μέθοδο magnetron sputtering υπό κατάλληλες συνθήκες ώστε τα στρώματα AlN να είναι άμορφα. Στη συνέχεια τα δείγματα ακτινοβολήθηκαν με λέιζερ, υπό διαφορετικές συνθήκες ανόπτησης. Χρησιμοποιήθηκε λέιζερ με μήκος κύματος 193 και 248nm, ενώ η ροής ενέργειας είχε διαδοχικές τιμές 400,500,600 και 700mJ/cm2. Για κάθε περίπτωση έγινε ακτινοβόληση δείγματος με έναν και με δύο παλμούς. Η παραπάνω διαδικασία ακτινοβόλησης έγινε αρχικά σε περιβάλλων χωρίς πίεσης, και στη συνέχεια επαναλήφτηκε υπό συνθήκες πίεση αερίου αργού (Ar). Τα δείγματα μετά την ανόπτηση μελετήθηκαν με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων Χ, και συγκεκριμένα με τη γεωμετρία επιφανειακής πρόσπτωσης (grazing incidence geometry, GI). Η ανάλυση των ακτινογραφημάτων περίθλασης έδειξε ότι οι διαφορετικές συνθήκες ακτινοβόλησης είχαν διαφορετική επίδραση στα δείγματα, με αποτέλεσμα ανάπτυξη νανοσωματιδίων διαφόρων μεγεθών. Ιδιαίτερα σημαντική ήταν η παρουσία σε ορισμένα δείγματα, μετά την ανόπτηση, κρυσταλλικού νιτριδίου του αλουμινίου στη μορφή του βουρτσίτη. Η σημαντικότητα των αποτελεσμάτων της εργασίας αυτής οφείλεται στο γεγονός ότι το φαινόμενο πλασμονικού συντονισμού που εμφανίζουν υλικά αυτής της δομής, επηρεάζεται σημαντικά από το μέγεθος των νανοσωματιδίων, καθώς και από τις πιθανές τροποποίησης της κρυσταλλικής κατάστασης της μήτρας. Προκείμενο παρόμοια υλικά να χρησιμοποιηθούν σε μελλοντικές εφαρμογές, είναι απαραίτητη η γνώση του τρόπου με τον οποίο συσχετίζονται οι συνθήκες ανόπτησης με τα προκύπτοντα υλικά και τις ιδιότητές τους.
description: The last decades more and more researchers work on plasmonic materials. Such materials and devices have enabled exciting applications in the areas of information and communication technologies, cancer treatment and optical encoding to name a few. In the present research we investigate nanocomposite materials of amorphous AlN matrix with embedded, well dispersed, silver nanoparticles. The preparation method of those materials is quite difficult, because it should allow the production of nanostructures with tunable plasmonics properties. So far, technics such as lithographic processes, ion beam nanofabrication and thermal annealing, have been used in order to accomplished this task. Recently, the method of ultrafast laser annealing was used, and the results were satisfying. The samples we study were prepared by magnetron sputtering method and then were treated by a laser beam under different circumstances. Especially, the laser’s wave length changed from 193 to 248 nm, and the laser fluence onto the samples was set at 400, 500, 600 and 700mJ/cm2. Those laser annealing processes were carried out in high vacuum environment and under pressure. For each condition the samples were hit by one and two pulses. It has been observed that the plasmonic phenomenon at the CerMet materials depends on the size and the shape of the metallic nanoparticles in them. Changes at nanoparticles’ form can cause broadening or/and shift of absorption band, and as a result affect the produced plasmons. In the literature, mentioned that the condition under which the samples treated by laser affects the nanoparticles’ growth. We are trying to understand this dependence, and for that we investigate nanocomposite AlN:Ag materials treated by laser under different circumstances. We study those samples by using X-ray diffraction and Scherrer’s law. The X-ray diffractograms analysis showed that the different fluence and wavelength circumstances during the annealing process activated a different diffusion rate. As a result the nanoparticles inside the matrix showed different size. Also, one of the most important results was the fact that in some sample there was a small percentage of matrix recrystallization. That, can also affect the plasmonic phenomenon.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)