Αυτό-οργανούμενες πλασμονικές νανοδομές αγώγιμων κεραμικών
Creators: name: Πάνος, Σταύρος Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Λιθογραφία Νανοσφαιρών
Πλασμονικές νανοδομές
Εντοπισμένος Επιφανειακός Πλασμονικός Συντονισμός
Nanosphere lithography
Plasmonic nanostructures
Localised Surface Plasmonic Resonance

description: Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη νανονησίδων αγώγιμων κεραμικών όπως νιτρίδιο του τιτανίου (TiN) με συνδυασμό λιθογραφίας νανοσφαιρών (NanoSphere Lithography - NSL) και αντιδρώσας ιοντοβολής (reactive ion sputtering) και η μελέτη των οπτικών και τυχόν πλασμονικών τους ιδιοτήτων με φασματοσκοπία οπτικής ανακλαστικότητας και απορρόφησης. Αρχικά, δημιουργείται μια δισδιάστατη φωτονική μάσκα με την χρήση της περιστροφικής εναπόθεσης (spin coating) κολλοειδούς διαλύματος νανοσφαιρών. Έπειτα, ακολουθείται η εναπόθεση του κεραμικού υλικού (TiN) με χρήση αντιδρώσας ιοντοβολής (reactive magnetron sputtering) και τέλος η απομάκρυνση της μάσκας με εμβάπτιση των δειγμάτων σε κατάλληλο διαλύτη για την εμφάνιση των νανοδομών στο υπόστρωμα. Στο πλαίσιο αυτό εξετάστηκαν όλες οι πειραματικές παράμετροι που μπορεί να επιδρούν στην τελική διαμόρφωση των νανοδομών. Για την δημιουργία της μάσκας, αρχικά μελετήθηκε ο τρόπος υδροφιλοποίησης της επιφάνειας του πυριτίου, στη συνέχεια μελετήθηκαν ξεχωριστά η επίδραση της συγκέντρωσης νανοσφαιρών του κολλοειδούς διαλύματος, η επίδραση της συγκέντρωσης επιφανειοδραστικού στο διάλυμα και η ταχύτητα περιστροφής κατά το spin-coating. Στόχος είναι η ανάπτυξη μάσκας λιθογραφίας μεγάλων διαστάσεων στο μικρότερο δυνατό χρόνο. Για την εναπόθεση του TiN μέσω φυσικής εναπόθεσης ατμών, οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν η απόσταση στόχου – υποστρώματος, ο χρόνος εναπόθεσης και η τάση πόλωσης του υποστρώματος με στόχο την ανάπτυξη του TiN πάνω στο υπόστρωμα ενώ στο τελικό στάδιο απομάκρυνσης των σφαιρών εξετάστηκε το είδος του διαλύτη αλλά και η χρονική διάρκεια της εμβάπτισης του δείγματος σε αυτόν. Η μορφολογία των αναπτυγμένων δομών μελετήθηκε με Μικροσκοπία Ατομικών δυνάμεων ενώ η πλασμονική τους συμπεριφορά ελέγχθηκε με Φασματοσκοπία οπτικής ανακλαστικότητας
description: The present diploma thesis deals with the development of conductive ceramic nanostructures such as Titanium Nitride (TiN) with combination of nanosphere lithography (NSL) and reactive ion sputtering, and to study their optical and plasmonic spectral properties with reflective spectroscopy. Initially, creation of two-dimensional photon mask occur using spin coating. Then, the deposition of the ceramic material (TiN) is followed by reactive magnetron sputtering and finally the mask removal by immersion of the specimens in a suitable solvent in order to appear the nanostructures on top of substrate. In this context, all the experimental parameters that may influence the final configuration of the nanostructures was examinated. In order to create the lithographic mask, the method of hydrophilization of the silicon surface was first studied, then the effect of concentration of the colloidal solution nanospheres, the effect of the surfactant concentration on the solution and the spin coating speed were studied separately. The goal is to develop a large-scale lithography mask in the shortest possible time. For the deposition of TiN by physical vapor deposition technique, the parameters that studied were the target-substrate distance, the deposition time and the bias voltage of the substrate in order to develop TiN nanostructures on the substrate, while the final stage of removal of the spheres was examined as well as the solvent immersion time. The morphology of the developed structures was studied by atomic force microscopy while their plasmonic behavior was examined by optical reflectance spectroscopy