Herstellung von Oligomeren aus Nano-Kugeln und deren Charakterisierung

Abstract

Plasmonische Nano-Strukturen bieten durch ihre Eigenschaften als optische Antennen und aufgrund der hohen geometrischen Vielfalt diverse Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Gebieten der Sensorik. Die in dieser Dissertation gezeigten Oligomere sind Superstrukturen, die aus Nano-Kugeln zusammengesetzt sind. Diese haben spezielle Eigenschaften, die zunächst theoretisch gezeigt werden. Um die optischen Eigenschaften der Strukturen zu messen, wurde ein Messaufbau entwickelt, der eine automatisierte Aufnahme von Spektren ermöglicht und die Reproduzierbarkeit der Messungen optimiert. Die Oligomere wurden dazu auf zwei unterschiedliche Arten hergestellt, beginnend mit der kapillaren Anordnung kolloidaler Gold-Kugeln auf einem vorstrukturierten Substrat. Damit wurden Oligomere mit unterschiedlicher Geometrie und Anzahl an Kugeln fabriziert. Die strukturelle Untersuchung der Proben wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt, Dunkelfeldspektren wurden mit dem zuvor beschriebenen Aufbau aufgenommen. Zusätzlich wurden Messungen der oberflächenverstärken Raman-Streuung (SERS) durchgeführt. Hierbei konnte keine Korrelation zwischen den Dunkelfeldspektren und der SERS-Verstärkung gefunden werden. Zur Optimierung der Oberflächenrauigkeit und der Anordnung der Oligomere wurde ein rein auf Elektronenstrahllithographie (ESL) basierender Prozess entwickelt. Hierbei werden mittels ESL Lochpaare in einer hohen Lackschicht erzeugt und durch zweimaliges Aufdampfen von Gold entstehen Nano-Säulen, die nach dem Entfernen der Lackschicht durch schnelles Erhitzen schmelzen und Kugelform annehmen. Da das Volumen während des Schmelzvorgangs konstant bleibt, besitzen die Kugeln einen größeren Radius als die Säulen. Somit kann der Abstand eines Säulenpaares durch das Schmelzen verringert werden, und es ist möglich, Oligomere mit sehr kleinem Abstand herzustellen. Dieser wurde mithilfe von REM-Aufnahmen vermessen und es wurden ebenfalls Dunkelfeldspektren aufgenommen. Die Interpretation der Dunkelfeldspektren wurde durch die Simulation der optischen Eigenschaften der Dimere unterstützt und es zeigt sich ein exponentieller Zusammenhang zwischen dem Abstand der Dimere und der spektralen Position der fundamentalen Resonanz.