（光学专业论文）植入复合纳米结构的光电性能研究.pdf

摘要 摘要 离子注入是制备纳米晶的一种行之有效的方法。植入金属纳米晶具有表面等 离子共振吸收和非线性光学特性；具有一定取囱的单畴铁磁纳米晶具有较大的矫 顽力和高存储密度；氧化物纳米晶具有良好的发光性能。然而，注入基体、柬流 密度、离子注量对纳米晶形成条件、微观结构和宏观性能的影响以及注入离子与 基体的相互作用规律还不清楚。本论文从同种离子注入不同的基体材料以及不同 的离子注入同一种基体材料这两个角度出发，首次在砧2 0 3 等单晶基体中制备了金 属n i 、z n 、s n 和n i o 、盈o 、s n 0 2 纳米龉，并研究了纳米晶的微观结构和光学、 磁学特性。具体研究结果如下： 1 系统研究了n i 离子注入a 1 2 0 3 、m 9 0 、y s z 和嚣0 2 四种单晶以及退火后 样品的微观结构和宏观性能。研究结果表盟，( 1 ) 除y s z 终，其余三种单晶中都 观察到了金属n i 纳米最，并且注入区域已经完全非晶化。非晶化的基体有利子金 属纳米晶的析出。( 2 ) 金属n i 纳米晶的表面等离子共振吸收带波长随基体折射率 和纳米晶尺寸的增大而增大。( 3 ) 金属n i 纳米晶表现出铁磁性，矫顽力都比块材 的大。( 4 ) 除m g o 外，退火后样品中主要纳米晶产物为n i o ，退火后的a 1 2 0 3 单 晶中观察到n i o 的吸收峰。( 5 ) 注入离子的束流密度对金属n i 纳米晶的形成有很 大影响，在越2 0 3 荤晶中，当束流密度为5p a c m 2 时，有金属n i 纳米晶生成；当 柬流密度失1 0 t a e m 2 时形成的新相是尖晶石结构的n i a l 2 0 4 。 2 研究了洳离子注入a 1 2 0 3 、m g o 、y s z 和c a f 2 匹种单鼎以及退火后样品 的光吸收性能，选择a 1 2 0 3 单晶做微观结构和发光性能研究。研究结果表明，( 1 ) 除 y s z 外，其余三种单晶中都观察到了金属z n 纳米晶的表面等离子共振吸收带。( 2 ) 6 0 0 退火的a 1 2 0 3 样晶中金属知纳米晶的表面等离子共振吸收消失，z n o 的激 予吸收峰出现，随退火温度继续升高，由于尖晶石结构的z n a l 2 0 4 形成，z n o 激 予吸收峰变弱。o ) a 1 2 0 3 单晶中z n o 纳米晶有两个发光峰：一个紫井发光峰( 3 7 0 n m ) 和一个绿色发光峰( 5 0 0n m ) 。紫外发光峰是由室温下z n o 的自由激子复合 产生的，绿色发光是由深能级缺陷产生。与以前的研究结果相比，本论文串制备 的z n o 纳米晶尺寸较小，因此具有较强的绿色发光峰。( 4 ) 金属z n 纳米晶的尺寸 和注量成正比关系，由于量子限域效应，纳米晶尺寸越大，表面等离子共振吸收 峰波长越大。( 5 ) z n 离子注入区域基体发生非晶化转变，退火后，样品从结晶非 摘要 晶界面开始再结晶，再结晶区域仍为单晶，但是取向和原基体取向不同。 3 研究了s n 离子注入a 1 2 0 3 、m g o 和y s z 三种单晶及其退火后样品的光学 性能，选择a 1 2 0 3 单晶做微观结构研究。研究结果表明，( 1 ) 三种单晶中都没有观 察到金属s n 纳米晶的表面等离子共振吸收带，这是因为金属s n 的复介电常数无 法获得吸收极大值。( 2 ) 三种单晶退火后都观察到了s n 0 2 纳米晶的吸收，峰值位 于约2 8 0i i i l l 。( 3 ) 三种单晶中s n 0 2 纳米晶都有三个明显的发光峰，分别位于4 1 0 a m 、5 2 0a m 和7 0 0 衄。4 1 0n i n 和5 2 0n l l l 的发光峰和以前的研究结果类似，是由 于s n 0 2 半导体纳米晶的深能级缺陷发光，7 0 0n l n 的发光峰未见报道，这可能是由 于被基体包埋的s n 0 2 的表面态或基体和纳米晶之间的界面态产生的。 关键词：离子注入，纳米晶，微观结构，光学性能，磁学性能 i i a b s t r a c t a bs t r a c t i o ni m p l a n t a t i o ni sav e r s a t i l em e t h o dt o p r e p a r en a n o p a r t i c l e se m b e d d e di n i n s u l a t o r s e m b e d d e dm e t a l l i cn a n o p a r t i c l e sh a v et w op r o n o u n c e dp r o p e r t i e s ，s u r f a c e p l a s m o nr e s o n a n c e ( s p r ) a b s o r p t i o n a n dn o n l i n e a r o p t i c a le f f e c t o r i e n t e d ， s i n g l e d o m a i nf e r r o m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sm a yr e p r e s e n tt h ef u t u r ef o rh i g l l d e n s i t y m a g n e t i cd a t ar e c o r d i n g e x c e l l e n tl u m i n e s c e n c eo fo x i d en a n o p a r t i c l e sh a sg o o d a p p l i c a t i o n si nl i g h te m i s s i o nd e v i c e si nd i f f e r e n tw a v e b a n d s h o w e v e r , t h ee f f e c t so f s u b s t r a t e ，i o nf l u xa n df l u e n c eo nt h ef o r m a t i o n , m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo f n a n o p a r t i c l e sa r en o t s oc l e a r t h em e c h a n i s mo fi n t e r a c t i o nb e t w e e ni o n sa n d s u b s t r a t e sn e e d sf u r t h e ri n v e s t i g a t i o n i nt h i sw o r k , n a n o p a r t i c l e si nd i f f e r e n ts u b s t r a t e s a n dd i f f e r e n tn a n o p a r t i c l e si nt h es a m es u b s t r a t e sh a v eb e e ns t u d i e d f o rt h ef i r s tt i m e ， m e t a l l i cn i ，z n , s na n do x i d en i o ，z n o ，s n 0 2n a n o p a r t i c l e sh a v eb e e nf a b r i c a t e di n s i n g l ec r y s t a l s ，e g ，a 1 2 0 3 t h em i c r o s t r u c t u r e s ，o p t i c a la n dm a g n e t i cp r o p e r t i e sh a v e b e e ns t u d i e df o rt h em e t a l l i ca n do x i d en a n o p a r t i c l e s b a s e do nt h e s er e s e a r c h e s ，t h e m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 m i e r o s t r u c t u r e sa n d p r o p e r t i e so fn i i o n - i m p l a n t e da 1 2 0 3 ，m g o ，y s za n dt i 0 2 s i n g l ec r y s t a l sh a v eb e e ns t u d i e db e f o r ea n da f t e rt h e r m a la n n e a l i n g ( 1 ) m e t a l l i cn i n a n o p a r t i c l e sa r eo b s e r v e di nc r y s t a l se x c e p ty s z a f t e ri o ni m p l a n t a t i o n t h ei m p l a n t e d a r e a so fs u b s t r a t e sa r ea m o r p h o u se x c e p ty s z i ts e e m st h a ta m o r p h o u ss u b s t r a t e sa r e h e l p f u lf o rt h ef o r m a t i o no fn a n o p a r t i c l e s ( 2 ) t h ew a v e l e n g t ho fs p ra b s o r p t i o no f m e t a l l i cn a n o p a r t i c l e si n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n gr e f r a c t i v ei n d e xo fs u b s t r a t e sa n d s i z eo fn a n o p a r t i c l e s ( 3 ) m e t a l l i cn in a o p a r t i c l e se x h i b i tas t r o n g e rf e r r o m a g n e t i s ma n d al a r g e rc o e r c i v i t yt h a nt h o s eo fb u l kn i ( 4 ) t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) r e s u l t ss h o wt h a tn i o n a n o p a r t i c l e si na n n e a l e ds a m p l e se x c e p tm g o t h ea b s o r p t i o no f n i on a n o p a r t i c l e sa r eo b s e r v e di na n n e a l e da 1 2 0 3 ( 5 ) i o nf l u xi sr e s p o n s i b l ef o rt h e f o r m a t i o no fn a n o p a r t i c l e s f o re x a m p l e ，m e t a l l i cn in a n o p a r t i c l e sf o r m e di na 1 2 0 3 w h e na ni o nf l u xo f5o a c m 2i su s e d h o w e v e r , s p i n e ln i h l 2 0 4f o r m e di na 1 2 0 3w h e n a l l i o nf l u xo f l 0m m 2 i su s e d 2 o p t i c a la b s o r p t i o ns p e c t r ao fz n - i o n - i m p l a n t e da 1 2 0 3 ，m g o ，y s za n dc a f 2 i i i a b s t r a c t s i n g l ec r y s t a l sh a v eb e e ns t u d i e db e f o r ea n da f t e rt h e r m a la n n e a l i n g a 1 2 0 3i ss e l e c t e d f o rm i c r o s t r u c t u r e sa n dp h o t o l u m i n e s c e n c e ( p l ) i n v e s t i g a t i o n sd u et oi t sg o o ds p r a b s o r p t i o no fm e t a l l i cz na n de x c i t o na b s o r p t i o no fz n o ( 1 ) s p ra b s o r p t i o no fm e t a l l i c z nn a n o p a r t i c l e si so b s e r v e di nc r y s t a l se x c e p ty s z ( 2 ) t h es p ra b s o r p t i o no fz n n a n o p a r t i c l e sd i s a p p e a r e sa n dt h ee x c i t o na b s o r p t i o no fz n on a n o p a r t i c l e sa p p e a r si n a 1 2 0 3a f t e ra n n e a l i n ga t6 0 0o c a f t e ra n n e a l i n ga th i g h e rt e m p e r a t u r e s ，t h ee x c i t o n a b s o r p t i o no fz n o b e c o m e sw e a k e ra n dw e a k e rd u et ot h ef o r m a t i o no fs p i n e lz n a l 2 0 4 ( 3 ) z n on a n o p a r t i c l e si na 1 2 0 3e x h i b i tt w op lb a n d s ，o n ea t3 7 0a m ( u v ) a n dt h eo t h e r a t5 0 0n m ( g r e e n ) t h ef o r m e ri sd u et or e c o m b i n a t i o no ff r e ee x c i t o n sa n dt h el a t t e ri s d u et o d e e pl e v e ld e f e c t s c o m p a r e dw i t hp r e v i o u ss t u d i e s ，t h es i z eo fz n o n a n o p a r t i c l e si nt h i sp a p e ri ss m a l l e s ta n dz n on a o p a r t i c l e sh a v eas t r o n gg r e e np l b a n d ( 4 ) t h es i z eo fm e t a l l i cz nn a n o p a r t i c l e si sp r o p o r t i o n a lt of l u e n c e a c c o r d i n gt o q u a n t u m c o n f i n e m e n te f f e c t s ，ab i g g e rp a r t i c l e s i z e w i l lr e s u l ti nab i g g e rs p r w a v e l e n g t h ( 5 ) t h ez n - i o n - i m p l a n t e d a r e ai s a m o r p h o u s a f t e ra n n e a l i n g ，t h e a m o r p h o u sa r e ab e g i n st or e c r y s t a l l i z ef i r s t l y a tt h ei n t e r f a c eo fa m o r p h o u sa n d c r y s t a l l i n ez o n e s t h er e c r y s t a l l i z e da 1 2 0 3g r a i n sh a v ed i f f e r e n to r i e n t a t i o nr e l a t i o n s h i p w i t ht h eo r i g i n a lm a t r i x 3 o p t i c a lp r o p e r t i e so fs n i o n - i m p l a n t e da 1 2 0 3 ，m g oa n dy s zs i n g l ec r y s t a l s h a v eb e e ns t u d i e db e f o r ea n da f t e rt h e r m a l a n n e a l i n g a 1 2 0 3 i ss e l e c t e df o r m i e r o s t r u c t u r e si n v e s t i g a t i o n s ( 1 ) t h e r ei sn os p ra b s o r p t i o no fm e t a l l i cs n n a n o p a r t i c l e si nt h et h r e ea u s - i m p l a n t e dc r y s t a l sd u et od i e l e c t r i cf u n c t i o no fm e t a l l i cs n ( 2 ) t h eo p t i c a la b s o r p t i o na t2 8 0 衄o fs n 0 2n a n o p a r t i c l e si so b s e r v e di nt h et h r e e s a m p l e sa f t e ra n n e a l i n g ( 3 ) t h r e ec l e a rp lb a n d sa r eo b s e r v e di nt h et h r e ea n n e a l e d s a m p l e s t h et h r e eb a n d sl i ea t4 10n m ，5 2 0n ma n d7 0 0 a m ，r e p e c t i v e l y t h ep lb a n d s a t4 10a ma n d5 2 0i l l i la r es i m i l a rt ot h o s eo f t h ep r e v i o u ss t u d i e s ，w h i c ha r ed u et od e e p l e v e ld e f e c t si nt h es n 0 2s e m i c o n d u c t o r t h en e w l yo b s e r v e do n ea t7 0 0n ms h o u l db e r e l a t e dt ot h en e w t r a p p e ds t a t e sf r o mt h es u r f a c es t a t e sa n di n t e r f a c es t a t e so fs n 0 2 n a n o p a r t i c l e se m b e d d e di na 1 2 0 3 k e y w o r d s ：i o ni m p l a n t a t i o n ，n a n o p a r t i c l e ，m i c r o s t r u c t u r e ，o p t i c a lp r o p e r t y , m a g n e t i c p r o p e r t y i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果尊据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名| 鱼煎 日期：a 碣年与月甚墨 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：塑亟导师签名 日期：舀嘲年易月l 玉e l 第一章绪论 第一章绪论 离子注入作为一种重要的材料表面改性技术，在2 0 世纪7 0 年代成功应用于 半导体工业的同时，也已经开始应用于制备纳米结构。gw ：a r n o l d 首次采用离子 注入方法，于1 9 7 5 和1 9 7 7 年分别在二氧化硅玻璃中制备了a u 1 】和a 一2 】纳米颗粒， 然而，受当时科研条件的限制，并没有发现此类纳米复合结构有明显的应用价值， 研究工作并没有展开。直到1 9 9 4 年k f u k u m i 等人报道，采用离子注入方法在玻 璃基体中制备了金纳米晶，从而大幅度提高了纳米复合材料的三阶非线性光学性 能【3 】。与融化法等传统的制备非线性光学器件的方法相比，离子注入不受溶解度和 蒸发温度等条件限制，因而容易实现高浓度掺杂。之后，离子注入广泛应用于纳 米结构的制备。由于离子注入所制备的纳米结构位于基体表面以下一定深度，因 此称之为埋层纳米晶或植入纳米晶。 1 1离子注入制备纳米晶的研究 1 1 1 离子注入制备纳米晶的物理机制 离子注入是近5 0 年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性新技 术。其基本原理是：用能量为几十k e v 到几m e v 量级的离子束入射到材料中去， 离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理和化学相互作用，入射离子逐渐 损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从 而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突 出的优点，已经在半导体材料掺杂和金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上 获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。作为一种材料表面 工程技术，通常来说，离子注入技术具有以下一些其它常规表面处理技术难以达 到的独特优点：( 1 ) 它是一种纯净的无公害的表面处理技术；( 2 ) 无需热激活， 无需在高温环境下进行，因而不会改变样品的外形尺寸和表面光洁度；( 3 ) 离子 注入层是由离子束与基体发生一系列物理和化学相互作用，在近表面形成的一个 新层，非常稳定，它与基体之间不存在剥落问题；( 4 ) 离子注入本身是一个非平 衡过程，不受溶解度、热力学、动力学等条件限制，因而可以按照要求对掺杂浓 电子科技大学博士学位论文 度进行精确控制，同时也可以通过改变注入离子能量控制掺杂深度。( 5 ) 从理论 上来说，离子注入可以将周期表中所有的元素注入到所选基体材料中。 离子注入机是由于半导体材料的掺杂需要而于上世纪6 0 年代问世。虽然有一 些不同的类型，但它们一般都由以下几个主要部分组成：( 1 ) 离子源，用于产生 和引出某种元素的离子束，这是离子注入机的源头；( 2 ) 加速器，对离子源引出 的离子束进行加速，使其达到所需的能量；( 3 ) 离子束的质量分析( 离子种类的 选择) ；( 4 ) 离子束的约束与控制；( 5 ) 靶室；( 6 ) 真空系统。 由于离子注入操作性好、可控性强、可进行大面积注入，2 0 世纪9 0 年代以后 已经广泛用于制备各种纳米结构，已经成为一种在材料近表面形成纳米晶的行之 有效的技术。到目前为止，采用离子注入形成纳米晶的物理过程主要分为以下几 种情况【4 j ：( 1 ) 低温离子注入，然后经高温退火或经电子、离子或激光辐照形成纳 米晶；( 2 ) 室温注入，当注量超过某一阈值( 超过其在基体中的溶解度) 后开始 析出自发地形成纳米晶；( 3 ) 直接在高温注入形成纳米晶。岗1 一】为离子注入形成 植入纳米晶的物理过程的示意图。通常来说，这个过程分为三个部分：( a ) 荷能 离子注入所选基体材料；( b ) 注入离子在材料近表面形成过饱和固溶体；( c ) 注 入层析出尺寸不等的分散的纳米颗粒 4 】。从离子与基体材料的相互作用机理来说， 离子注入形成纳米晶的过程已经不仅仅是传统意义上的离子碰撞、溅射、散射、 位移、损伤等物理过程，它还包含了注入离子引起的新相生成等物理化学过程以 及化合物生成的化学过程。 i善i l i摹l 二至 c 幻 獭嘲鳓嘲嘲缫嬲嘲阙剿( ” 慧im - d u h 只i j 6 d n h 蟾0a , ”h 毫谢；( c ) 图1 - 离子注入形成植入纳米晶的物理过程的示意图，( a ) 荷能离子( 箭头所示) 注入基体 材料；( b ) 基体近表面区域形成过饱和固溶体；( c ) 注入层析出尺寸不等的分散的纳米颗粒 1 1 2 植入纳米晶的特性概述 离子注入方法与其它制备纳米晶的方法相比具有独特的优点：不受被注入样 第一章绪论 品固溶度的影响，注入金属元素在基体中会因为扩散而成核，并在一定条件下生 长为纳米颗粒，所以离子注入法特别适合在样品表面附近形成过饱和固溶体。同 时，该法具有注入的元素可以任意选取，可以在高温、室温、低温下进行。此外， 由于纳米晶形成于材料的近表面，成为基体材料的一部分，受到基体保护，离子 注入形成的纳米晶稳定性好，并且不会被环境污染。此外，离子注入可以很容易 地与其它技术相结合而生成新奇的相结构，纳米晶的空间分布还可以通过控制注 入参数进行一定程度的控制，材料的些重要物理性质可以通过控制纳米晶析出 相的浓度和尺寸进行优化等。 植入纳米晶主要分为金属纳米晶( 其中又可以分为贵重金属和过渡金属两 类) 、半导体纳米晶( 包括氧化物纳米晶) 和磁性纳米晶。这三类纳米晶分别具有 特殊的光、电、磁学性能，有一定的应用前景。其中，金属纳米晶有两个主要的 光学效应：表面等离子共振( s u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c e ，s p r ) 吸收和强的三阶 非线性光学( n o n l i n e a ro p t i c s ，n l o ) 系数。半导体纳米晶的主要特性是超快的非 线性响应和量子限域效应( q u a n t u m c o n f i n e m e n te f f e c t s ) 引起的光学带隙变化以及 可见光区的发光特性。对于磁性纳米晶主要关心的是铁磁性能，具有一定取向的 单畴铁磁纳米晶是未来高密度磁记录介质的首选材料，与目前广泛使用的磁记录 材料相比，纳米磁性颗粒的记录密度大约可提高3 个数量级，除高密度外，还具 有低噪声和高信噪比等优点。以下分别介绍三种类型植入纳米晶的特性和研究进 展。 1 2 植入金属纳米晶的特性及研究进展 上节中提到，植入金属纳米晶具有两个主要的光学效应：表面等离子共振吸 收和强的三阶非线性光学系数。前者在光学滤波器、表面等离子共振传感器、眼 镜表面涂层等方面具有应用前景，后者在光学开关等方面具有良好的应用前景。 这两种特性是经典的物理模型和量子效应共同作用的结果，以下对两种特性的基 本原理、研究进展和应用进行介绍。 1 2 1表面等离子共振吸收 1 2 1 1表面等离子共振 在固体理论中，等离子体是指由浓度相同的正、负电荷组成的体系，其中至 电子秘技大学博士学彼论文 少有一种电荷是可以迁移的。根据经典的d r u d e 金属鲁由电子气模型，金属中自 由电子的体密度高达1 0 2 3 e r a 3 ，自由电子间存在长程的库仑作用，在均匀正电荷背 景中运动的电子气将会显示出某种集体相关的性质。整个体系在宏观尺度上是电 中性的，平衡时各处正、负电荷密度相等，僵豳于热起伏，局部平衡被破坏。如 在一微小区域内电子密度低于平均密度，其正电荷背景未被中和，正电荷过多就 会对周围的电子有吸引作用，被吸引过来的电子又会使该区域聚集过多的负电荷， 然后壶于电子闻的排斥两再度离开，如此反复倭产生振荡。这是一种纵蠢麴集体 振荡，称为金属中的等离子体振荡。集体振荡的能量；l 国。= h x 4 a n e 2 m , 约为1 0e v 量级，其中口为表面等离子共振角频率，r l 为金属内自由电子密度，e 和m 。分别 为电子的电荷量和质量【5 】。表面等离子波( s u r f a c ep l a s m o nw a v e ，s p w ) 是自由 电子在金属( 或半导体) 与电介葳界蘧由于电搿密度靛波动丽产生并传播的横磁 波( t r a n s v e r s a lm a g n e t i cw a v e ，t m ，垂直于表面) 。如同声子，这种电荷密度的 波动被整体看待并称为表面激元( s u r f a c ep l a s m o n ) 。表面等离子共振指的是外界 电磁波耄于激发或耦合到表面等离予波面造成的能量损耗现象。它的发现和剩用 一直是科学界所关注的课题： 1 9 0 2 年，w o o d 等人根据衍射光栅的反常衍射现象，意识到表面等离子波 ( s u r f a c ep l a s m o nw a v e ，s p w ) 的存在，并在光学实验中首次发现了表压等离子体 共振( s p r ) 现象洚j 。 1 9 0 9 年，s o m m e r f e l d 从麦克斯韦的电磁理论出发，引入了复介电常数的概念， 得到了局限在表面附近的电磁波的波动解【7 】。 1 9 4 1 年，f a n o 根据金藩和空气界面上表面电磁渡的激发熊释了这一现象洚j 。 1 9 5 8 年，t u r b a d e r 首先对金属薄膜采用光的全反射激励的方法，观察s p r 现 象【9 1 。 1 9 7 1 年，k r e t s c h m a n n 研究的k r e t s c h m a n n 结构为s p r 传感器奠定了基础吲。 1 9 8 3 年，l i n k o p i n g 等人将s p r 应用于蛋自质与其抗原的相互反应的测定， 并由b i a c o r ea b 公司开发出s p r 仪器【1 0 - 1 1 】。此后s p r 仪器和s p r 生物传感器的 研究全谣展开并不断深入。 图1 2 为表面等离子共振的原理示意蚕。以玻璃及其表面的金属薄膜隽例，它 是利用p 偏振光( p 。p o l a r i z e dl i g h t ) 在玻璃与金属薄膜( 折射率为n 2 ) 界面处发生 全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波，引发金属中的自由电子产生表面等离子 体，当表面等离子体豹频率( ) 与消失波的频率( 磊) 相等时，二者将发生共振， 界面处的全反射条件将被破坏，呈现衰减全反射现象，入射光被金属表面电子吸 4 第一章绪论 收，使反射光能量急剧下降。当入射光波长固定时，反射光强度是入射角的函数， 其中反射光强度最低时所对应的入射角称为共振角，图中用0 表示。 图1 - 2 表向等禺子共振的原理不蒽图 1 2 1 2 表面等离子共振产生条件 如图1 3 建立坐标轴，表面等离子波的特点是场强在界面处极大，并沿法向以 指数衰减，故其试探解为 丘( ，_ ，f ) = 曰e x p ( 一q z ) e x p j ( f l z c a ) 】( x o ) ( 1 - 1 ) 豆( ，f ) = 霹e x p ( a 2 石) e x p j ( 犀一c o t ) 】( x o ) ( 1 - 5 ) | z , l y ，l z , i t , ,