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研究生: 余青展
Yu, Ching Chan
論文名稱: 超解析近場結構奈米氧化銀薄膜穿透光譜研究
Study of optical transmittance of AgOx nano thin film in super-resolution near-field structure
指導教授: 劉威志
Liu, Wei-Chih
蔡定平
Tsai, Din-Ping
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: 超解析近場結構氧化銀穿透光譜
英文關鍵詞: super-resolution near-field structure, AgOx, optical transmittance
論文種類: 學術論文
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  • 在本論文中,首先以光學顯微鏡外接光譜儀與加熱平台,量測單層氧化銀奈米薄膜(AgOx)與超解析近場結構氧化銀(ZnS-SiO2/AgOx/ ZnS-SiO2) 奈米薄膜之聚焦穿透光譜。隨著溫度的增加,在100℃~200℃左右,單層氧化銀5nm薄膜之穿透率由0.8-0.9下降到0.5-0.6,比較AgOx與Ag-rich的n,k值,證實了氧化銀會因熱分解而析出銀結晶顆粒(AgOx→Ag+O2)導致穿透率下降,在單層氧化銀厚度5nm~60nm,相變溫度在135~178℃之間;加熱到600℃,由照片比較可以明顯看出Ag粒子有蒸散的現象。超解析近場結構氧化銀因為上下保護層的作用,中間的氧化銀因熱分解成銀與氧的混合態,故n,k值可以視為銀與氧的混合態,所以穿透率在160℃左右無明顯的下降;在280℃~300℃,隨著中間氧化銀厚度越厚,氧(O2)從邊緣散溢出去,導致Ag比例增加使穿透率下降,加熱到600℃,由照片比較可以明顯看出Ag粒子在中間層有聚合的現象。另外比較平行光室溫穿透光譜,可以明顯看出隨著超解析近場結構氧化銀之氧化銀厚度越厚,其穿透波谷有往長波長方向位移的現象,我們可以利用厚度控制吸收波長的位置。

    The spectra of stand alone nano thin film of AgOx nanometer films measured by an optical microscope spectrometer with hearting stage are presented. An obvious change of transmittance of 5nm-thick AgOx nano thin film was found when rose the sample temperature form 100℃ to 200℃. The transmittance decreases from 0.8~0.9 to 0.5~0.6 in this temperature range. Based on the known values of n and k for AgOx and Ag-rich AgOx film, we determine that the decomposed temperature of AgOx increases from 140℃~178℃ with increase film thickness from 5nm to 60nm. Agparticles are evaporated at temperature above 600℃, which were determined by photo-images. The transmittance of super-resolution near-field structure of AgOx was not decrease at 160℃ because ZnS-SiO2 protect against O2 evaporate. This a mixed state of Ag and O2, the n,k index is also mixed by Ag and O2. The transmittance of super-resolution near-field structure of AgOx was decrease at 280℃~300℃ because O2 was evaporated from edge, the rate of Ag increases and transmittance decreases. Ag particle was assembled at 600℃, it is compared by photos. The comparison of transmittance of parallel incident light is used for the measurement at room temperature. The sandwiched structure of AgOx nano thin film displayed a unique transmittance peak for different thickness of the AgOx nano thin film. The transmittance peak can be controlled by the thickness of AgOx nano thin film.

    目錄 中文摘要………………………………………………………………….I 英文摘要…………………………………………………………………II 目錄…………………………………………………………………..III 圖目錄……………………………………………………….…..…....V 表目錄………………………………………………….…………...VIII 第 一 章 緒論.............................................01 1-1 前言……………..…………………………………….…….....01 1-2 光儲存媒體簡介………………..………………………...…...05 1-3 近場光學簡介與近場記錄的發展………………………........12 第 二 章 實驗方法與步驟………………………………………….27 2-1 鍍膜儀器設備與近場超解析奈米結構製作流程..........…..27 2-1-1 濺鍍機………..…………...…………………….…....……27 2-1-2 濺鍍機之週邊配件………………………..…………....…28 2-2 電子顯微鏡……………………..………………………….….30 2-2-1 場發射鎗掃描式電子顯微鏡……………..…………....…30 2-2-2 場發射鎗掃瞄式電子顯微鏡之基本架構與原理……......31 2-3 變溫顯微聚焦光譜儀器設備與實驗………..………….…….34 2-3-1 LEICA MPV-SP spectral photometer……………..…….34 2-3-2 LinKam TMS94 加熱器……………………..………....…35 2-3-3 變溫聚焦光譜實驗流程………………………..….....…...36 2-4 平行光室溫光譜儀器設備與實驗..........................38 2-4-1 Hitachi U-3310 UV/Vis spectrophotometer……........38 2-4-2 平行光室溫光譜實驗流程..............................39 第 三 章 實驗結果與討論……………………………….41 3-1 氧化銀(AgOx)薄膜FE-SEM圖……………..……………….41 3-2 單層氧化銀(AgOx)薄膜聚焦光譜……………………….….45 3-2-1 單層氧化銀(AgOx)薄膜不同溫度比較………….....…..45 3-2-2 單層氧化銀(AgOx)薄膜不同厚度比較…………......….51 3-3 包夾層氧化銀(ZnS-SiO2/AgOx/ZnS-SiO2)薄膜聚焦光譜.53 3-3-1 包夾層氧化銀(ZnS-SiO2/AgOx/ZnS-SiO2)薄膜不同溫度比較53 3-3-2 包夾層氧化銀(ZnS-SiO2/AgOx/ZnS-SiO2)薄膜不同厚度比較58 3-4 聚焦光譜與平行光譜室溫下比較…………………………….61 3-4-1 單層氧化銀(AgOx)……………………………………..61 3-4-1 包夾層氧化銀(ZnS-SiO2/AgOx/ZnS-SiO2)……………62 第 四 章 結論……………………………………………...64 Reference……………………………………………68 圖目錄 第一章 圖 1-1-1 五又四分之一英吋以下之小型硬碟機及光碟機表。 02 圖 1-2-1 電子顯微鏡圖形 (a) CD-ROM;(b) DVD-ROM 05 圖 1-2-2 雷射光掃描訊號坑示意圖 06 圖 1-2-3 母版製作過程 08 圖 1-2-4 CD與DVD的比較 09 圖 1-2-5 DVD多層結構的示意圖 10 圖 1-3-1 繞射極限式意圖 12 圖 1-3-2 近場內觀測樣品,空間解析度可突破繞射極限之示意圖 14 圖 1-3-3 利用掃描式近場光學顯微儀進行近場光學記錄示意圖 15 圖 1-3-4 TeraStor公司研發的固態浸入式鏡頭 (SIL) 近場光碟機示意圖 17 圖 1-3-5 傳統近場光學記錄與近場超解析結構比較圖 18 圖 1-3-6 (a)超解析度近場光學記錄的結構(b) CNR值與記錄點大小的關係 19 圖 1-3-7 Sb薄膜受雷射光照射後在自由能平衡狀態所產生的”開口”示意圖 19 圖 1-3-8 (a) 為氧化銀 (AgOx) 薄膜超解析近場結構碟片的膜層結構圖(b) CNR值與記錄點大小的關係 21 圖 1-3-9 超解析近場結構中氧化銀(AgOx)受雷射光作用示意圖 22 圖 1-3-10 (a)AgOx 5nm 室溫~600℃穿透強度比較圖 (b)AgOx與Ag 5nm、15nm最大吸收波長位置比較圖 25 圖 1-3-11 (a)AgOx AgO(~40%)和Ag2O(~60%) 隨溫度變化組成比圖(b)AgOx 分解率與溫度圖 25 第二章 圖 2-1-1 濺鍍機的架構示意圖 27 圖 2-1-2 (a)單層氧化銀薄膜結構 (b)包夾層氧化銀薄膜結構 30 圖 2-2-1 電子束與物質交互作用所產生的訊號 31 圖 2-2-2 面掃瞄原理示意圖,放大倍率M=L/l 33 圖 2-3-1 LEICA MPV-SP spectral photometer (a) Reflection mode (b) Transmission mode 35 圖 2-3-2 LinKam TMS94 加熱平台示意圖 37 圖 2-3-3 變溫聚焦光譜實驗流程示意圖 37 圖 2-4-1 Hitachi U-3310 UV/Visible 光譜儀設備架構圖 39 第三章 圖 3-1-1 氧化銀(AgOx)薄膜FE-SEM圖 42 圖 3-1-2 不同放大倍率AgOx比例分佈 43 圖 3-1-3 Energy Dispersive Spectrometer of AgOx 44 圖 3-2-1 單層氧化銀5nm不同溫度下穿透光譜比較圖 46 圖 3-2-2 單層氧化銀15nm不同溫度下穿透光譜比較圖 48 圖 3-2-3 最大吸收波長位置與溫度關係比較圖 49 圖 3-2-6 單層氧化銀635nm與650nm不同厚度隨溫度增加穿透光譜比較 50 圖 3-2-7 單層氧化銀完全相變溫度Tc與厚度比較圖 50 圖 3-2-8 單層氧化銀不同厚度下穿透光譜比較圖 52 圖 3-3-1 包夾層氧化銀5nm不同溫度下穿透光譜比較圖 53 圖 3-3-2 包夾層AgOx與ZnO15nm穿透聚焦光譜比較圖 54 圖 3-3-3 包夾層氧化銀15nm不同溫度下穿透光譜比較圖 55 圖 3-3-4 包夾層氧化銀633nm與650nm不同厚度隨溫度增加穿透光譜比較 56 圖 3-3-5 包夾層氧化銀完全相變溫度Tc與厚度比較 57 圖 3-3-6 包夾層氧化銀不同厚度下穿透光譜比較圖 58 圖 3-3-7 波形週期比較圖 59 圖 3-3-8 波形振幅比較圖 60 圖 3-4-1 單層氧化銀常溫(a)平行光穿透光譜 (b)聚焦光穿透光透光譜 (c)模擬平行光比較圖 61 圖 3-4-2 包夾層氧化銀常溫(a)平行光穿透光譜 (b)聚焦光穿透光透光譜 (c)模擬平行光 比較圖 62 圖 3-4-3 包夾層氧化銀穿透波峰波谷比較圖 63 第四章 圖 4-1 單層氧化銀隨溫度增加示意圖 64 圖 4-2 近場超解析結構氧化銀隨溫度增加示意圖 65 表目錄 表 1-2-1 CD與DVD的規格比較 09 表 1-3-1 CD、DVD、DVD-blue Super-RENS的儲存容量與光點參數表 23 表 3-2-1 AgOx、Ag2O、AgOx(Ag-rich)和ZnS-SiO2的折射率n(refractive index)與吸收係數k(absorption index)值 45

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