氮化銦鎵量子井銦含量對表面增強拉曼散射強度的影響

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甘珀瑜(PO-YU GAN) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

氮化銦鎵量子井銦含量對表面增強拉曼散射強度的影響
(The Effect of Indium Content in InGaN Quantum Well on Surface- Enhanced Raman Scattering Intensity)

相關論文

★ 基於氮化銦鎵表面增強拉曼散射的 DNA檢測	★ 氮化銦鎵表面增強拉曼散射的製程優化
★ DNA detection by Al-decorated nitride SERS substrate	★ 表面電荷密度對氮化銦鎵表面增強拉曼散射的影響
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摘要(中)

表面增強拉曼光譜（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）是一種強大的分析技術，可以將分子的拉曼散射信號增強數個數量級。近年來，人們對將SERS應用於生物學、醫學和環境科學等領域越來越感興趣。然而，開發具有高靈敏度和可重複性的SERS基板仍然是一個挑戰。
在本研究中，我們展示了透過有機金屬化學氣象沉積法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)在藍寶石基板上成長的氮化銦鎵(InGaN)量子井於SERS上的應用。我們製備了不同銦含量的氮化銦鎵量子井、也在量子井表面覆蓋不同厚度的GaN保護層。這些樣本的目的，是要利用InGaN量子井的高電子濃度、及可調節的能帶，增強DNA的SERS訊號。
我們發現，3層QW發光波長為488nm，銦含量約為15.4%的氮化銦鎵量子井可產生最強的DNA SERS訊號。此外，我們還觀察到不同厚度的表面保護層對SERS強度的影響，並發現較薄的保護層，可以提高SERS強度。這些結果為進一步開發高靈敏度和可重複性的SERS基板提供了有用的參考和指導，同時也拓展了氮化銦鎵材料在生物、醫學和環境科學等領域中的應用前景。

摘要(英)

In this study, we demonstrate the application of indium Gallium Nitride (InGaN) Quantum Wells (QWs) grown on sapphire substrates using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS). We prepared InGaN quantum wells with different indium compositions and surface-cap-layer thicknesses. Varying the band structure with the MOCVD conditions, we were able to control the electron concentration confined within the QWs, and maximize the SERS intensity of DNA dropcasted on the QW surface.
It is found that the three-repeat QW with the indium composition of 15.4 % (emission wavelength: 488 nm) exhibited the highest SERS intensity for DNA detection. Furthermore, we observed the influence of different thicknesses of cap layers on the SERS performance and found that thinner cap layers enhanced the SERS intensity. These findings provide valuable insights and guidance for the development of highly sensitive and reproducible SERS substrates. Additionally, they expand the potential applications of InGaN materials in the fields of biology, medicine, and environmental sciences.

關鍵字(中)

★ 氮化銦鎵量子井
★ 表面增強拉曼散射
★ 氮化物
★ 有機金屬化學氣相沉積法

關鍵字(英)

★ InGan Quantum Well
★ Surface-Enhanced Raman Scattering
★ Nitride
★ MOCVD

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 viii
第一章、緒論 1
1.1表面增強拉曼散射(SERS)的起源發展 1
1.2氮化物於表面增強拉曼散射的應用 3
1.3氮化銦鎵量子阱應用在表面增強拉曼散射的優點 5
1.4研究動機 7
第二章、實驗原理與方法 8
2.1 表面增強拉曼散射理論 8
2.1.1 電磁場增強效應 8
2.1.2化學增強機制 12
2.2 Fabry-Perot 干涉儀 14
2.3實驗步驟 16
2.3.1 DNA溶液調配 16
2.3.2氮化銦鎵基板製備 17
2.3.3金屬膜沉積與退火成核 17
2.3.4光譜收集 17
2.4實驗儀器 18
2.4.1磊晶設備(MOCVD) 18
2.4.2量測拉曼光譜設備 21
第三章、分析與討論 22
3.1金屬奈米顆粒與氮化銦鎵間距離的比較和分析 22
3.2 量子井發光波長調整 25
3.3量子井發光波長能帶對消光率影響 30
3.4量子井發光波長能帶對SERS強度的影響 37
第四章、結論與未來展望 40
4.1結論 40
4.2未來發展 41
第五章、參考文獻 42

參考文獻

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指導教授

賴昆佑簡汎清(LAI,KUN-YOU JIAN,FAN-QING)

審核日期

2023-7-17

推文