Strukturna i optička svojstva plazmonskih nanočestica srebra dobijenih jonskim bombardovanjem monokristalnog silicijuma
Structural and optical properties of plasmonic silver nanoparticles formed by ion bombardment of monocrystalline silicon
Докторанд
Modrić-Šahbazović, AlmedinaМентор
Novaković, MirjanaЧланови комисије
Dojčilović, JablanPopović, Dušan
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Disertacija se bavi ispitivanjem strukturnih i optičkih svojstava nanočestica srebra u
monokristalnom silicijumu, dobijenih metodom jonske implantacije. Monokristalne Si (100)
podloge su modifikovane nisko-energijskim jonima srebra u procesu jednostrukih implantacija (60
keV i 75 keV) i višestrukih implantacija (75 keV + 60 keV), u opsegu jonskih doza 1013
-1016
jona/cm2
. Odabrani uzorci su zatim odgrijavani na temperaturama od 500°C, 600°C i 700°C.
Struktura i fazni sastav uzoraka su analizirani transmisionom elektronskom mikroskopijom,
fotoemisionom spektroskopijom X-zracima i spektrometrijom Rutherford-ovim povratnim
rasijanjem. Optička svojstva modifikovanih Si podloga i promjene u položaju karakteristične
rezonancije površinskog plazmona (SPR) određeni su iz elipsometrijskih mjerenja. Pokazano je da
se definisanjem parametara implantacije (doze implantacije i energije jona) mogu postići uslovi za
formiranje uniformno raspoređenih Ag nanočestica u pod-površinskoj oblasti Si matric...e. Uzorci su
pokazali prisustvo intenzivnog SPR maksimuma u oblasti većih talasnih dužina (>650 nm).
Promjene u strukturnim svojstvima, kao što su broj i veličina Ag čestica i stepen oštećenja Si
matrice, indukovane jonskim snopom direktno se manifestuju na oblik i položaj SPR maksimuma
nanočestica srebra. Eksperimentalno uočene promjene položaja SPR maksimuma su poređene sa
teorijskim vrijednostima, predviđenim Mie-ovom i Maxwell-Garnett-ovom teorijom. Odstupanje od
teorijskih SPR položaja se može objasniti snažnim efektom okolne matrice, koji nije uključen u
teorijske analize. Konačno, predstavljeni su rezultati nanostrukturiranja Si podloga korišćenjem
metode selektivne jonske modifikacije (implantacijom kroz polistirensku nanomasku) i ispitana
optička svojstva ovako formiranih sistema.
The dissertation deals with the structural and optical properties of silver nanoparticles
formed in monocrystalline silicon by using ion implantation process. Monocrystalline Si (100)
substrates were modified by single (60 keV and 75 keV) or multiple (75 keV + 60 keV) low energy
silver ion irradiation with fluences in the range 1013
-1016 ions/cm2
. Selected samples were then
annealed at 500°C, 600°C and 700°C. Structural and compositional characterization of the samples
was done by transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and Rutherford
backscattering spectrometry. The optical properties of the irradiated Si substrates and the position of
the surface plasmon resonance peak (SPR) were determined from ellipsometric measurements. By
defining implantation parameters (irradiation fluence and ion energy) conditions for the formation
of uniformly distributed Ag nanoparticles in the sub-surface region of Si could be achieved. The
samples showed the presence of an int...ense SPR peak in the high-wavelengths region (> 650 nm).
Changes in structural properties, such as the number and size of Ag particles and also the ion-beam
induced damage in Si substrate directly impact the shape and position of the SPR peak of silver
nanoparticles. The experimentally observed changes in the SPR peak position are compared with
the theoretical values predicted by Mie's and Maxwell-Garnett's theory. The deviation from the
theoretical SPR positions can be explained by the strong effect of the surrounding medium, which is
not included in the theoretical predictions. Finally, the results of nanostructuring of Si substrates
using the selective ion-beam modification method (implantation through polystyrene nanomask) are
presented together with the optical properties examination.
Факултет:
Универзитет у Београду, Физички факултетДатум одбране:
28-11-2020Пројекти:
- Функционални, функционализовани и усавршени нано материјали (RS-MESTD-Integrated and Interdisciplinary Research (IIR or III)-45005)