Влияние отжига на оптические, морфологические и электрофизические свойства гранулированных наноструктур серебра

Исследованы оптические, морфологические и электрофизические свойства изготовленных электронно-лучевым испарением и подвергнутых отжигу при температурах 145 и 195 °С наноструктур серебра. Все образцы характеризуются наличием в видимом диапазоне выраженной полосы поверхностного плазмонного резонанса поглощения и представляют собой плотноупакованные монослои наночастиц, средние размеры которых увеличиваются от ~10 нм в исходных образцах до ~35–40 и ~45–60 нм в отожженных в зависимости от температуры отжига. Обсуждается влияние на спектральные характеристики образцов различных факторов, в том числе размеров наночастиц и электродинамических взаимодействий между наночастицами. Показано, что все исследованные гранулированные наноструктуры, как исходные, так и подвергнутые отжигу, являются высокоомными. Установлено, что для исходного и отожженного при 145 °C образцов вблизи малых значений подаваемого напряжения прослеживается зависимость тока от длины волны облучения с изменением его величины до двух порядков для определенных длин волн.

1. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. – М.: Физматлит, 2005. – 416 с.

2. Kreibig, U. Optical Properties of Metal Clusters / U. Kreibig, М. Volmer. – Berlin: Springer, 1995. – 533 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8

3. Maier, S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications / S. A. Maier. – New York: Springer, 2007. – 224 p. https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1

4. Климов, В. В. Наноплазмоника / В. В. Климов. – М.: Физматлит, 2009. – 480 с. 5. Morris, J. E. Resistance changes of discontinuous gold films in air / J. E. Morris // Thin Solid Films. – 1970. – Vol. 5, № 5–6. – P. 339–353. https://doi.org/10.1016/0040-6090(70)90106-9

5. Thurstans, R. E. The electroformed metal-insulator-metal structure: a comprehensive model / R. E. Thurstans, D. P. Oxley // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2002. – Vol. 35, № 8. – P. 802–809. https://doi.org/10.1088/0022-3727/35/8/312

6. A hydrogen sensor based on tunneling between palladium clusters / J. Lith [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2007. – Vol. 91, № 18. – Art. ID 181910 (3 p.). https://doi.org/10.1063/1.2802730

7. Introductory Lecture: Surface enhanced Raman spectroscopy: new materials, concepts, characterization tools, and applications / J. A. Dieringer [et al.] // Faraday Discuss. – 2006. – Vol. 132. – P. 9–26. https://doi.org/10.1039/b513431p

8. Stuart, H. R. Island size effects in nanoparticle-enhanced photodetectors / H. R. Stuart, D. G. Hall // Appl. Phys. Lett. – 1998. – Vol. 73, № 26. – P. 3815–3817. https://doi.org/10.1063/1.122903

9. Atwater, H. A. Plasmonics for improved photovoltaic devices / H. A. Atwater, A. Polman // Nat. Mater. – 2010. – Vol. 9. – P. 205–213. https://doi.org/10.1038/nmat2629

10. Чопра, Н. Л. Электрические явления в тонких пленках / Н. Л. Чопра. – М.: Мир, 1972. – 434с. 12. Neugebauer, C. A. Electrical conduction mechanism in ultrathin, evaporated metal films / C. A. Neugebauer, M. N. Web // J. Appl. Phys. – 1962. – Vol. 33, № 1. – P. 74–82. https://doi.org/10.1063/1.1728531

11. Wei, H. From silver nanoparticles to thin films: Evolution of microstructure and electrical conduction on glass substrates / H. Wei, H. Eilers // J. Phys. Chem. Solids. – 2009. – Vol. 70, № 2. – P. 459–465. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.11.012

12. Sieradzki, K. Agglomeration and percolation conductivity / K. Sieradzki, K. Bailey, T. L. Alford // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79, № 21. – P. 3401–3403. https://doi.org/10.1063/1.1419043

13. Electromagnetic energy transport via linear chains of silver nanoparticles / М. Quinten [et al.] // Opt. Lett. – 1998. – Vol. 23, № 17. – P. 1331. https://doi.org/10.1364/ol.23.001331

14. Araki, H. The temperature dependence of electron emission from a discontinuous carbon film device between silver film electrodes / H. Araki, T. Hanawa // Thin Solid Films. – 1988. – Vol. 158, № 2. – P. 207–216. https://doi.org/10.1016/0040-6090(88)90022-3

15. Xu, N. S. Novel cold cathode materials and applications / N. S. Xu, S. Ejaz Huq // Mater. Sci. Eng.: R: Rep. – 2005. – Vol. 48, № 2–3. – P. 47–189. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.12.001

16. Fedorovich, R. D. Electronic phenomena in nanodispersed thin films / R. D. Fedorovich, A. G. Naumovets, P. M. Tomchuk // J. Phys.: Condens. Matter. – 1999. – Vol. 11, № 49. – P. 9955–9967. https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/49/313

17. Миронов, В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В. Л. Миронов. – М.: Техносфера, 2004. – 144 c.

18. Автоматизированный базовый лазерный испытательный комплекс для тестирования перспективных видов полупроводниковых фотоприемников / В. Б. Залесский [и др.] // Приборостроение-2020: материалы 13-й Междунар. науч.-техн. конф. – Минск, 2020. – С. 391–392.

19. Metal cluster enhanced organic solar cells / M. Westphalen [et al.] // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. – 2000. – Vol. 61, № 1. – P. 97–105. https://doi.org/10.1016/s0927-0248(99)00100-2

20. Bohren, C. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / C. Bohren, D. Huffman. – New York: Wiley, 1983. – 530 p. https://doi.org/10.1002/9783527618156

21. Замковец, А. Д. Высокий сенсорный потенциал самоорганизующихся металлических наноструктур / А. Д. Замковец, С. М. Качан, А. Н. Понявина // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2008. – № 4. – C. 73–79.

22. Kachan, S. M. Optical diagnostics of 2D self-assembled silver nanoparticles arrays / S. M. Kachan, A. N. Ponyavina // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. – 2007. – P. 165–168. https://doi.org/10.1142/9789812770950_0036

23. Suresh, S. Synthesis, Structural, Surface Morphology, Optical and Electrical Properties of Silver Oxide Nanoparticles/ S. Suresh // Int. J. Nanoelectron. Mater. – 2016. – Vol. 9. – P. 37–49.

24. Characterization of silver oxide thin films with thickness variation prepared by thermal evaporation method / F. A. Jasim [et al.] // Dig. J. Nanomater. Biostructures. – 2023. – Vol. 18, № 13. – P. 1039–1049. https://doi.org/10.15251/djnb.2023.183.1039

25. Оптические и электрические свойства и переключение сопротивления гранулированных пленок серебра на сапфире / И. А. Гладских [и др.] // Опт. журн. – 2014. – Т. 81, № 5. – С. 67–73.

26. Vashchenko, E. V. Photoconductivity of silver nanoparticle ensembles on quartz glass (SiO2) supports assisted by localized surface plasmon excitations / E. V. Vashchenko, T. A. Vartanyan, F. Hubenthal // Plasmonics. – 2013. – Vol. 8. – P. 1265–1271. https://doi.org/10.1007/s11468-013-9544-8

27. Даревский, А. С. Описание механизма переноса в островковых пленках металлов в рамках представлений теории протекания / А. С. Даревский, А. Г. Ждан, В. Н. Неменущий // Диспергированные металлические пленки. – Киев, Изд.-во АН УССР, 1976. – С. 155–163.

28. Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах: пер. с англ. / Н. Мотт, Э. Дэвис. – М.: Мир, 1974. – 472 с.

29. Проводимость и фотопроводимость гранулированной пленки серебра на сапфировой подложке / Е. В. Ващенко [и др.] // Опт. журн. – 2013. – Т. 80, № 5. – С. 3–10.