Анализ изменения оптических характеристик поликристаллических пленок золота под влиянием низкотемпературного отжига

Abstract

В работе проведен анализ изменения оптических и структурных характеристик поликристаллических пленок золота под влиянием низкотемпературного отжига для установления физического механизма повышения чувствительности преобразователей на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР). Компьютерное моделирование влияния адсорбции биомолекул на сдвиг резонансного угла ППР при различных значениях оптических постоянных пленки золота выполнено в рамках однослойной модели с использованием формул Френеля и математического формализма матриц рассеивания Джонса. Коэффициенты преломления и экстинкции исследуемых пленок при различной температуре отжига получены подгонкой измерений угловых резонансных зависимостей ППР и спектральных измерений пропускание/отражение при разных углах падения света. Показано, что механизмом повышения чувствительности преобразователя ППР является уменьшение коэффициента экстинкции металлической пленки при повышении температуры отжига с оптимумом при 120 °С.

In the work, we have performed the analysis of changes in optical and structural characteristics of polycrystalline gold films after low-temperature annealing to ascertain the physical mechanism of enhancing the sensitivity of transducers based on surface plasmon resonance (SPR). Computer modeling the effect of biomolecule adsorption on the shift in position of the SPR resonance angle for different values of optical parameters inherent to gold films has been performed within the framework of a single-layer model by using the Fresnel formulae and mathematical formalism of Jones’ scattering matrixes. The coefficients of refraction and extinction characterizing the studied films at various annealing temperatures were obtained by fitting the data of SPR curves as well as results of spectral measurements of transmission/reflection for various angles of light incidence. It has been shown that the mechanism responsible for enhancing the sensitivity of SPR transducer is the decrease of extinction coefficient inherent to gold films with increasing the annealing temperature. The optimum of the latter corresponds to 120 °С.