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研究生:劉玠均
研究生(外文):Chieh-Chun Liu
論文名稱:探討週期性二維奈米鎳金屬陣列之結構與二次諧波研究
論文名稱(外文):A Study on the 2D Crystallographic Analysis and the Second Harmonic Generation of Nickel Nanoparticle Arrays
指導教授:呂助增
指導教授(外文):Juh-Tzeng Lue
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:奈米陣列二次諧波奈米球微影技術非線性光學
外文關鍵詞:nanoparticle arrayssecond harmonic generationnanosphere lithographynonlinear optics
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最近這幾年,奈米科技快速地發展,幾乎在生活中都可以找到利用奈米科技來製作的產品,像民生用品或頂尖的高科技產品, 而且所涵蓋的領域非常廣泛,包括生物科技、材料應用及光學研究等。
本論文是利用聚苯乙烯奈米球所擁有自組裝的特性,使其整齊地排列在基板上,之後熱蒸鍍鎳金屬在已塗佈奈米球之基板,用化學方法舉離奈米球,最後可以得到二維鎳金屬奈米陣列,完成樣品的製作並量測其二次諧波,並觀察是否由於陣列鎳金屬粒子之晶格布拉格散射產生類似相位匹配的效果。
內容共分六章。第一章說明奈米科技發展及研究動機,第二章簡單地介紹奈米球微影技術,第三章概述非線性光學的歷史和二次諧波的理論,第四章講解實驗方法跟所使用的儀器裝置與量測系統,第五章對量測到的數據作分析與討論,第六章結論與未來方向。
第一章序論------------------------------------------------1
1.1前言-----------------------------------------------1
1.2 研究動機------------------------------------------2
第二章奈米球微影技術--------------------------------------3
2.1 微影技術的介紹------------------------------------3
2.2奈米球微影技術-------------------------------------4
2.2.1基板的清潔-------------------------------------------6
2.2.2 奈米球遮罩的製作--------------------------------6
2.2.3基板的鍍膜--------------------------------------10
2.2.4舉離------------------------------------------ -10
第三章非線性光學-----------------------------------------13
3.1 前言---------------------------------------------13
3.2 非線性極化率-------------------------------------14
3.3 非線性系數張量-----------------------------------16
3.4 二次諧波的產生----------------------------------18
3.5金屬表面二次諧波產生之理論------------------------22
第四章實驗步驟與儀器設備---------------------------------25
4.1 實驗儀器設備-------------------------------------25
4.1.1 熱蒸鍍 (thermal evaporator) -------------------25
4.1.2掃瞄式電子顯微鏡(SEM)-------------------------26
4.1.3 原子力顯微鏡(AFM)------------------------------27
4.1.4二次諧波量測系統--------------------------------30
4.1.5偵測系統校正方法--------------------------------33
4.2實驗步驟及過程------------------------------------34
4.2.1 實驗流程圖-------------------------------------34
4.2.2實驗步驟----------------------------------------35
第五章結果與討論-----------------------------------------40
5.1奈米球排列結構分析---------------------------40
5.2鎳金屬陣列結構分析---------------------------45
5.3鎳薄膜的二次諧波分析-------------------------51
5.4二維鎳金屬奈米陣列的二次諧波分析-------------55
第六章結論與未來方向-------------------------------------62
參考文獻-------------------------------------------------63
附錄:自動控制程式(basic 語言)----------------------------68
第一章
[1] P. Fraken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich,” Generation of Optical Harmonics” Phys. Rev. Lett. 7,118 (1961)
[2] C. S. Wang, ” Propagation of an Intense Light Beam in a Nonlinear Medium” Phys. Rev. 173, 908–917 (1968)
[3] N. Bloembergen, R. K. Chang, and C.H.Lee,“ Second-Harmonic Generation of Light in Reflection from Media with Inversion Symmetry”Phys. Rev. Lett. 16, 986–989 (1966)
[4] F. Brown, R. E. Parks, and A. M. Sleeper,”Nonlinear Optical Reflection from a Metallic Boundary“Phys. Rev. Lett.
14, 1029 (1965).
[5] H. Sonnenberg and H. Heffner,”Experimental study of optical second-harmonic generation in silver” J. Opt. Soc. Am. 58, 209(1968)
[6] N.Bloembergen and P.S.Pershan,”Light Waves at the Boundary of Nonlinear Media”Phys. Rev. Lett. 14,1029 (1965)
[7] S.S.Jha,”Theory of optical Harmonic Generation At Metal Surface”Phys. Rev.140,A2020 (1965)
[8] H. J. Simon, D. E. Mitchell, and J. G. Watson,” Optical Second-Harmonic Generation with Surface Plasmons in Silver Films” Phys. Rev. Lett. 33, 1531 (1974)
第二章
[1] M. Kamp,M. Emmerling,S. Kuhn, A .Forchel,“Nanolithography using a 100 kV electron beam lithography system with a Schottky emitter”J. Vac. Sci. Technol. B 17,86 (1999).
[2] S.Juhl and S. F. Lyuksyutov,”Precise formation of nanoscopic dots on polystyrene film using z-lift electrostatic lithography” Appl. Phys. Lett. 85, 3836(2004).
[3] L. J. Heyderman,“ Arrays of nanoscale magnetic dots: Fabrication by x-ray interference lithography and characterization” Appl. Phys. Lett. 85, 4989 (2004).
[4] J. C. Hulteen and R. P. Van Duyne,“ Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surfaces“J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1553 (1995).
[5] H.W. Deckman ,J.H.Dunsmuir,” Natural lithography”Appl. Phys. Lett. 41, 377(1982)
[6] W. Kern,“Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology -Science,Technology, and Application”Noyes Publications, Park Ridge, N. J. (1993)
[7] R. Micheletto, H. Fukuda, and M. Ohtsu,”A Simple Method for the Production of a Two-Dimensional Ordered Array of Small Latex Particles” Langmuir 11, 3333(1995)
[8] J. C. Hulteen, D. A. Treichel, M. T. Smith, M. L. Duval, T. R. Jensen, and R. P.Van Duyne,“Nanosphere Lithography: Size-Tunable Silver Nanoparticle and Surface Cluster Arrays”J. Phys. Chem. B 103, 3854(1999).
[9] M. Winzer, M. Kleiber, N. Dix, and R. Wiesendanger,”Rapid communication Fabrication of nano-dot- and nano-ring-arrays by nanosphere lithography” Appl. Phys. A 63, 617 (1996).
[10] J. Rybczynski, U. Ebels, and M. Giersig, “Large-scale, 2D arrays of magnetic nanoparticles” Colloids Surf. A: Physicochem. Eng.219, 1 (2003).
[11] A. S. Dimitrov and K. Nagayama,” Continuous Convective Assembling of Fine Particles into Two-Dimensional Arrays on Solid Surfaces”Langmuir 12, 1303 (1996).
[12] 李宗勳著,”光電子激發顯微鏡(X-PEEM)於奈米磁性結構之研究” ,(國立成功大學物理研究所碩士論文,2004)
[13] 徐昭業著,”以奈米球微影術製造鎳鐵陣列之特性研究”,(國立中正大學物理研究所碩士論文,2003)
第三章
[1] P. Fraken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich,” Generation of Optical Harmonics”Phys. Rev. Lett.,7,118 (1961)
[2] R. W. Boyd ,”Nonlinear Optics”(Academic Press, Inc, Boston ,1999)
[3] J. E. Sipe, V. C. Y. So, M. Fukui, and G. I. Stegeman,
“ Analysis of second-harmonic generation at metal surfaces” Phys. Rev. B 21, 4389 (1980)
[4] C. C. Tzeng, and J. T. Lue,“Nonlinear optical generation from noble metals and aluminum films in various geometric configurations”Phys. Rev. A 39, 191 (1989).
[5] C.S Chen,J.T Lue, ”Asymmetric distribution of surface second harmonic generation for thin silver films deposited on Si(111)” E.P. J. B 46, 367 (2005)
[6]M. Weber and A. Liebsch,”Density-functional approach to second-harmonic generation at metal surfaces” Phys. Rev. B 35, 7411 (1987)
[7] 高望碩著”表面二次諧波之徑向分佈檢測金屬膜和半導體介面之殘存微小應力”,(國立清華大學光電研究所,2005)
第四章
[1] 呂助增著, “實驗物理方法, ”國立編譯館出,1980
[2] 陳哲雄、 林俊勳、 林紋瑞、 吳靖宙著,”原子力顯微鏡成像原理與中文簡易操作手冊”,成功大學醫學工程所生醫感測實驗室
[3] 呂助增,曾錦清,梁繼勇,”二次諧波光譜儀在半導體表面研究上之應用”科儀新知第十四卷第五期(民國82年四月)
[4] 郭昆樺著,”氧化鋅奈米柱之成核成長及其發光特性研究”
,(國立清華大學材料科學工程學系研究所,2005)
第五章
[1]Edward D. Palik,“Handbook Of Optical Constants of Solid” Academic Press Handbook Series p313~323(1985)
[2] C. C. Tzeng, and J. T. Lue,“Nonlinear optical generation from noble metals and aluminum films in various geometric configurations”Phys. Rev. A 39, 191 (1989)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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