경시변화에 따른 Ag 나노박막의 광학적 특성분석

Abstract

Ag 박막 은 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 광학적으로도 가시광과 적외선 파장영역 에서 가장 높은 반사도 를 나타 내어 전기 /광학적 응용분야에서 매우 중요한 재료로 인식되고 있다. 그러나 Ag 박막은 대기중에 노출시 쉽게 변색되는 등 취약한 열/화학적 안정성과 환경저항성으로 인해 그 사용이 제한되고 있다 이러한 표면상태 의 변화는 광소자 응용시 광학적 열화현상의 주요인이 된다 . 본 연구에 서는 장시간 대기노출시 발생 하는 Ag 박 막의 열화현상이 표면플라즈몬 공진센서의 특성에 미치는 영향과 그 기구를 분석하였다. 이를 위해 Ag 박막을 각기 100 nm 와 54 nm 두께로 실리카 유리기판과 프리즘 밑면에 증착 한 후 일정한 시간주기로 광 반사도와 표면 플라즈몬 공진각도를 측정하였다 대기중에 노출된 시간이 경과함에 따라， Ag 박막 표면에서의 광 반사도가 단파장 영역에서 뚜렷하게 감소하였고 표면플라즈몬 공진곡선의 각도와 반각폭 역시 점진적으로 증가함을 확인할 수 있었다 이와 달리，기판표면 입사 조건에서 측정된 Ag 박막의 광반사 도에서는 열다른 차이점이 관찰되지 않 았는데 이는 열화현상이 대기에 노출된 박막표면에 국한되어 진행됨 을 의미한다 Ag 박막 표면의 열화현상은 동상 표면 거칠기의 증가나 대기중 황이나 산소와의 반응에 의한 AgOx 와 AgS 의 �은 표면층 형성으로 설명된 다 각각의 경우에 대해 모델구조를 가정하고 광학적 전산모사를 통해 광반사도와 표면 플라즈몬 공진곡선에 미치는 영항을 평가하였다. 관찰된 Ag 박막의 열화현상의 기구를 규명 하기 위해 열화된 Ag 박막을 진공상태에 서 온도를 변화시켜가며 열처리 한 뒤 반사도를 측정하였다 측정결 과 200oC 근방에서 Ag 박막의 반사도가 다 시 회복됨을 확인할 수 있었다 일반적으로 Ag 박막에 대한 열처리는 표면거칠기를 증가시 키고 AgS 의 경우 200oC 정도의 온도에서 상분리가 발생하지 않기 때문에 관찰된 반사도 회복현상은 표면층이 �은 산화층으로 구성되어 있으며 200oC 근방에서의 열분해 과정을 통해 순수 Ag 박막표면으로 회귀된데 기인한 것으로 판단된다