Plazmonik davranış gösteren metalo-dielektrik nano-kompozit filmlerin atomik kaplama metodu ile üretilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Yüzey plazmon rezonansı günümüzde moleküler algılama için çok sık kullanılmaktadır. Sensörler (algılayıcılar) basit olarak plazma yaratacak çok ince metalik bir katmandan ve bunu destekleyen cam ya da kristalden ibarettir. Sensör yüzeyine yakın yerdeki moleküller oluşan yüzey plazmonu alanı ile etkileşime girer. Bu etkileşimden dolayı yüzeye gönderilen ışığın yansımasında ve saçılmasında açısal, spektral ve faz açısından değişiklikler meydana gelir. Bu değişiklikler optik sensöre eklenen elektro optik bileşenler sayesinde okunup, kayıt edilebilinir. Günümüzde mevcut olan sensörler çok az miktardaki moleküllerin davranışlarını hassas bir şekilde gözlemlemek için yeterli gelmemektedir. Aynı zamanda üretilen filmlerin düzgün olmamaları, içlerinde boşluk ve yabancı madde olması gibi nedenlerle sensörde ışığın istenmeyen kayıpları (saçılımı) olmaktadır ve bu saçılım gürültü olarak sensörden alınan ölçümleri negatif bir şekilde etkilemektedir. Bu çalışmada, çok ince ve yüksek kaliteli filmleri biriktirme metodu olan Atomik Kaplama Metodu (ALD) kullanarak daha hassas plazmonik sensör uygulamaları için altın-gümüş-alümina katmanlardan oluşan metalo-dielektrik nano kompozit filmler üretilmiş ve optiksel karakterizasyonu yapılmıştır. Öncelikle metal ve dielektrik katmanlar geometrik ve spektral olarak Fresnel denklemlerini temel alan Winspall simülasyon programı vasıtası ile optimize edilmiş ve sensörün en iyi tepkisi (yüksek hassasiyet) için en uygun nano kompozit film konfigürasyonunda katman kalınlıkları 24 nm altın-34 nm gümüş-142 nm alümina olarak hesaplanmış ve en uygun dalga boyu 632,3 nm olarak bulunmuştur. Altın ve gümüş katmanlar sıçratma yöntemi kullanılarak, alümina katman ise ALD yöntemi kullanılarak biriktirilmiştir. İlaveten yapılan çalışmalarda, elde edilen nano kompozit filmler üzerinde ısıl işlem ve sıçratma yöntemleri kullanılarak alümina ve altın nano yapılar üretilmiştir. Bu şekilde yüzeyde oluşturulan nano yapılar ile sensör yüzeyine gönderilen ışığın şiddetinin arttırılması ve farklı dalga boylarında çalışılabilmesi sağlanmıştır. Tüm bu üretilen yapıların yüzeyleri ve kesit alanlarının karakterizasyonu için SEM, yüzey pürüzlülükleri için AFM cihazları kullanılmıştır. Optik karakterizasyonları için UV/Vis/NIR spektrometre cihazında toplam yansıma, geri saçılma, geçirgenlik davranışları incelenmiştir. Emme eğrileri ise yansıma ve geçirgenlik eğrileri kullanılarak oluşturulmuştur. Ayrıca alümina nano yapılı ve altın nano yapılı sensörların farklı kırılma indisine sahip ortamlardaki (hava, saf su, gliserinli su) yansıma davranışları belirlenmiştir.