Effect of substrate type on structural and optical properties of metal nanoparticles for plasmonic applications
Plazmonik uygulamalarda alttaş türünün metal nano parçacıkların yapısal ve optik özelliklerine etkisi
- Tez No: 305116
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, YRD. DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Bu çalışmada, farklı alttaşlar üzerinde üretilmiş metal nano parçacıkların yapısal ve optik özellikleri incelenmiştir. Parçacıklar electron demet litografisi (EBL) ve ince metal film topaklanması yöntemi ile üretilmiştir. Nano parçacıkların özellikleri ve geniş alanlı alttaşlara uygulanabilirliği göz önüne alınarak bu iki üretim tekniğinin avantaj ve dezavantajları tartışılmıştır. Pratik bir üretim yöntemi olmasından ötürü topaklanma, küçük veya büyük yüzey alanına sahip herhangi bir alttaşa uygulanabilir. Farklı örnek türleri arasında kıyaslama yapabilmek için, film kalınlığı, tavlama sıcaklığı ve süresi gibi bazı işlem değişkenleri tüm çalışma sırasında sabit tutulmuştur. Güneş hücresi uygulamalarındaki üstün optik özelliklerinden dolayı nano parçacık oluşumunda altın (Au) ve gümüş (Ag) tercih edilmiştir. Parçacık oluşumda, silisyum (Si), silisyum nitrür (Si3N4), silisyum dioksit (SiO2), indiyum kalay oksit (ITO) kaplı cam ve yüzeyi şekillendirilmiş Si alttaş olarak kullanılmıştır. Bu alttaşlar, güneş hücresi teknolojisinde farklı amaçlar için en yaygın olarak kullanılanlardır. Metal nano parçacık oluşumu, boyut ve boyut dağılımı taramalı alan mikroskopu (SEM) ile gözlenmiştir. Gwyddion adlı program kullanılarak SEM görüntüleri üzerinden boyut analizi yapılmıştır. Arayüz özelliklerine bağlı olarak, alttaş türünün ortalama parçacık boyutunu büyük ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, tavlama sıcaklığı etkisinin de alttaş türünün bir fonksiyonu olduğu bulunmuştur.Lokalize yüzey plazmonlarının rezonans durumlarını gözlemleyebilmek için yansıma ölçümleri yapılmıştır. Parçacık boyutu ve yalıtkan çevrenin etkisi, rezonans tepe noktasının dalgaboyu ekseni üzerinde kaymalarıyla gözlemlenmiştir. Teoriden beklenildiği üzere, rezonans tepesi parçacık boyutunun ve yalıtkan sabitinin artmasıyla daha büyük dalgaboylarına doğru kaymıştır. Deneysel sonuçları teoriyle karşılaştırabilmek için plazmon rezonans tepeleri Mie teorisi uygulanarak hesaplanmıştır. Deneysel ve teorik sonuçlar arasında oldukça iyi bir örtüşme elde edilmiştir. Bu çalışmada, nano parçacıkların hava ve alttaş olmak üzere birden fazla ortamla temas halinde olduğu kabul edilmiştir.En sonunda, topaklanma tekniğini kullanalarak farklı alttaşlar üzerinde metal nano parçacık oluşumu için başarılı bir yöntem ve bilgi birikimine erişilmiştir. Bu bilginin farklı güneş hücresi teknolojilerine uygulamalarına temel oluşturacağı açıktır.
Özet (Çeviri)
In this work, the structural and optical properties of metal nanoparticles fabricated on various substrates have been investigated. The particles were fabricated by electron beam lithography (EBL) and dewetting of a thin metal film. The advantages and disadvantages of these two fabrication techniques are discussed by considering the properties of the nanoparticles and the applicability to large area substrates. Being a practical fabrication method, dewetting can be applied to any substrate with either small or large surfaces. For comparison between different sample types, some process parameters such as film thickness, annealing temperature and duration were fixed during the whole study. Gold (Au) and silver (Ag) were preferred for nanoparticle formation because of their superior optical properties for solar cell applications. We used silicon (Si), silicon nitride (Si3N4), silicon dioxide (SiO2) and indium tin oxide (ITO) on glass, and textured Si as the substrate for the particle formation. These substrates are commonly used in solar cell technology for different purposes. The formation of the metal nanoparticles, their size and size distribution were monitored by Scanning Electron Microscope (SEM). We performed a dimension analysis on the SEM images using a program called Gwyddion. We observed that the substrate type greatly affects particle mean size, suggesting a dependence of the dewetting process on the interface properties. Moreover, the effect of the annealing temperature was found to be a function of the substrate type.Scattering measurements have been carried out in order to observe the localized surface plasmon resonance (LSPR) conditions. The effect of the particle size and the dielectric environment was observed as a shift in the plasmon resonance peak position along the wavelength axis. As expected from the theory, the resonance peaks shift to longer wavelengths with increasing particle size and dielectric constant. In order to compare the experimental results with the theory, Mie theory was applied to calculate the plasmon resonance peaks. We obtained fairly well agreement between the experimental and theoretical results. In this study, nanoparticles were assumed to be in contact with more than one medium, namely air and the underlying substrate.Finally, we have reached a successful methodology and knowledge accumulation for the metal particle formation on variety of substrates by the dewetting technique. It is clear that this knowledge can form basis for the photovoltaic applications.
Benzer Tezler
- Applications of transparent conductive indium tin oxide films in automotive and vitrifications industries
İndiyum kalay oksit iletken saydam filmlerinin oto ve vitrifiye sanayisindeki uygulamaları
ÖCAL TUNA
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF SELAMET
- Hydrothermal growth of ZnO nanowires enhanced characteristic properties
ZnO nanotellerin karakteristik özellikleri iyileştirilerek hidrotermal olarak büyütülmesi
ÜMÜŞ HALE TUĞRAL ARSLAN
Doktora
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Synthesis, and characterization of SnO2-ZnO mixed oxide for sensingapplications
SnO2-ZnO karışımının sentezi ve karakterizasyonu algılama uygulamaları için oksit
NATIQ AYAD SAEED SAEED
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN ALPTEKİN
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMED MOHAMMED SHANO
- Gözenekli silikon kalıpların elde edilmesi, elektrodepozisyon yöntemi ile gözenekli silikon kalıplar üzerinde metalik Co ve Ag nanoyapıların büyütülmesi, yapısal ve optiksel karakterizasyonu
The fabrication of the porous silicon templates, the growth of the Co and Ag nanostructures onto porous silicon templates by electrodeposition method, structural and optical characterization
ALPER ÇETİNEL
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiEge ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURCAN ARTUNÇ
YRD. DOÇ. DR. ENVER TARHAN
- Nano yapılı Cuo ve Cu2O geçiş metal oksitlerin görünür bölgede fotodedektör uygulamaları
Photodetector application of nanostructured CuO and Cu2O transitional metal oxides in the visible region
FEVKANİ YILDIZ
Doktora
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUTLU KUNDAKÇİ