Fabrication of Aluminium Nanostructure for Visible to Ultraviolet Plasmonics - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Fabrication of Aluminium Nanostructure for Visible to Ultraviolet Plasmonics

Fabrication de nanostructures d'aluminium pour la plasmonique dans le visible et l’ultraviolet

Feifei Zhang

Résumé

Aluminum (Al) is now widely regarded as one of the most promising metals for pushing the spectral limits of plasmonics towards the ultraviolet range. Additionally, Al is cheap, abundant, non-toxic, and compatible with the complementary metal-oxide-semiconductor technology. In this thesis, we investigate numerically and experimentally the influence of various key parameters on the optical properties of Al nanostructures. Firstly, we study the natural stability of Al nanoparticles, which show about 90-days stability when totally exposed to the ambient air. Secondly, we study the influence of rapid thermal annealing on the plasmonic properties of Al nanostructures. Due to the reduction of the number of grain boundaries inside the metal, an improvement of the plasmonic resonances quality factor is found with annealing at optimal conditions. Thirdly, we unveil the crucial effect of the surface roughness of Al lithographed nanostructures. The surface roughness is found to cause the disappearance of the substrate-induced quadrupolar mode and the weakening of the plasmonic dipolar mode. Finally, we investigate the effect of three kinds of uniform disorder (displacement disorder, size disorder, and rotation disorder) on the plasmonic resonances of Al nanoparticle arrays. The possibility to tune their plasmonic properties in the visible and near ultraviolet range by controlling the disorder is studied
L'aluminium (Al) est à ce jour largement considéré comme l'un des métaux les plus prometteurs pour pousser les limites spectrales de la plasmonique vers l'ultraviolet. De plus, l’Al est bon marché, abondant, non toxique et compatible avec la technologie métal-oxyde-semi-conducteur. Dans cette thèse, nous étudions numériquement et expérimentalement l'influence de divers paramètres clés sur les propriétés optiques des nanostructures d’Al. Dans un premier temps, nous étudions la stabilité naturelle des nanoparticules d'aluminium, qui montrent une stabilité d'environ 90 jours lorsqu'elles sont exposées à l'air ambiant. Deuxièmement, nous étudions l'influence du recuit thermique rapide sur les propriétés plasmoniques des nanostructures d'Al. En raison de la réduction du nombre de joints de grains à l'intérieur du métal, une amélioration du facteur de qualité des résonances plasmoniques est trouvée avec un recuit dans des conditions optimales. Troisièmement, nous dévoilons l'effet crucial de la rugosité de surface présente sur les nanostructures lithographiées d’Al. Entres autres, La rugosité de surface provoque la disparition du mode quadripolaire induit par le substrat et l'affaiblissement du mode dipolaire plasmonique. Enfin, nous étudions l'effet de trois types de désordre uniforme (déplacement, taille et rotation sur des structures de types nano-bâtonnets) sur les propriétés plasmoniques de réseaux de nanoparticules d'aluminium. La possibilité d'ajuster leurs propriétés plasmoniques dans le visible et le proche ultraviolet en contrôlant le désordre est étudié
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03202328 , version 1 (19-04-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03202328 , version 1

Citer

Feifei Zhang. Fabrication of Aluminium Nanostructure for Visible to Ultraviolet Plasmonics. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université de Technologie de Troyes, 2018. English. ⟨NNT : 2018TROY0011⟩. ⟨tel-03202328⟩
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