Plazmonikus, periodikus és kombinatorikus felületi vékonyrétegek optikai minosítése szenzorikai alkalmazásokhoz

Abstract

Modern világunk nem jöhetett volna létre az anyag nanométeres tartományban történő pontos és rutinszerű manipulálása nélkül. Ennek hiányában a legújabb infokommunikációs, optikai és szenzorikai alkalmazások egyike sem könnyíthetné meg mindennapi életünket. Az egyik legelterjedtebb segédeszközt e nanométeres struktúrák tulajdonságainak felderítésére és minőségének ipari környezetben történő jellemzésére az ellipszometria [1] szolgáltatja. Az ellipszometria segítségével vékonyrétegek optikai jellemzőit és rétegvastagságát (általában 1-2 nm és pár mikron között) határozhatjuk meg roncsolásmentesen és viszonylag gyorsan. Felhasználási területeit többek között a félvezeto eszközök, optikai és biológiai bevonatok, védőrétegek alkalmazásánál találjuk meg [2]. Összevetve más vékonyréteg vizsgálati módszerekkel [3] az ellipszometriai módszer egyedülálló tulajdonsága az érzékenység, a roncsolásmentesség, a sebesség és a szilárd-folyadék határfelületek elérésének együttes képessége egy jelentős transzparens hullámhossztartományban. Az optikai szenzor konstrukciók száma és elterjedtsége folyamatosan növekszik napjainkban. Ezen struktúrák vizsgálatához az ellipszometria főként a fázis mérésének képességére épülő, kvantitatív spektroszkópiai képességeivel tud hozzájárulni, elsősorban a felületi folyamatok értelmezésével, valamint egyszerűbb szenzor konstrukciók kifejlesztéséhez hozzájáruló ismeretek feltárásával. Egyedi problémák esetén relatíve egyszerű és olcsó hardverelemekből építhető nagyérzékenységű berendezés a megfelelo kalibrációs és kiértékelési ismeretek birtokában. Az ellipszometriai fejlesztésekben napjainkban három jelentős területen tapasztalható aktív kutatómunka: (i) optikai konfigurációk fejlesztése, (ii) felületi nanoanyagok fejlesztése, (iii) a mért optikai jelek értelmezéséhez szükséges elméleti és kiértékelési technikák fejlesztése. Doktori munkámban célul tűztem ki mindhárom területhez való hozzájárulást. Multiréteg és kombinatorikus elven készült nanoanyagokat fejlesztettem az elérheto érzékenység növelése és a sokoldalú spektroszkópiai felhasználhatóság céljából. Modelleztem a készült anyagok spektrális és szerkezeti tulajdonságait, valamit azok szenzorikai elvű optikai válaszát. Vizsgáltam a rendszerek érzékenységét és korlátait, amivel hozzá kívántam járulni a tématerületen új kutatási irányok nyitásához, és a szenzorikában használható ismeretek feltárásához.