Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.408-408
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2014
Graphene has received attention with its high electron mobility and visual transparency as a promising material for optoelectronic and photonic applications. Combination of graphene and conducting nanostructures i.e. plasmonic structures has recently been researched for enhancing light-matter interaction and overcoming diffraction limit of light. Here we show enhanced photodetection of incoherent visible light with graphene-mediated plasmonics. Gold nanoparticles fabricated by focused ion beam was used as an active element of photodetection and graphene was utilized as an interfacing material between nanostructures and electrodes. Hot electrons generated upon plasmon decay within nanoparticles pass over the potential barrier between nanostructure and graphene and give rise to a photocurrent with built-in electric field. We report 76.7% enhancement of photocurrent under resonant irradiation of fiber-coupled halogen lamp compared to the case without light illumination. We showed wavelength-dependent current response arisen from plasmonic nanostructure, providing a good agreement with theoretical calculation.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.26
no.2
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pp.55-58
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2019
Surface plasmon effect was considered importantly because of the enhancement of optical signals. It is important to detect weak optical signal in neuroscience and bio technology due to detect weaker image or signal. The height of silver can change the optical characteristic of plasmonic nano structure including transmittance and reflectance. In this paper, the optical characteristic of plasmonic nano structure were confirmed by the FDTD analysis method depending on the silver height and it was confirmed that energy was concentrated at the center of nano structure, and high far-field gain and current density in particular wavelength coule be obtained.
Recently, the on-chip autofocus (AF) function has become essential to the CMOS image sensor. An auto-focus usually operates using phase detection of the photocurrent difference from a pair of AF pixels that have focused or defocused. However, the phase-detection method requires a pair of AF pixels for comparison of readout. Therefore, the pixel variation may reduce AF performance. In this paper, we propose a color-selective AF pixel with a plasmonic nanostructure in a 0.9 μ㎡ pixel. The suggested AF pixel requires one pixel for AF function. The plasmonic nanostructure uses metal-insulator-metal (MIM) stack arrays instead of a color filter (CF). The color filters are formed at the subwavelength, and they transmit the specific wavelength of light according to the stack period and incident angles. For the optical analysis of the pixel, a finite-difference time-domain (FDTD) simulation was conducted. The analysis showed that the MIM stack arrays in the pixels perform as an AF pixel. As the primary metric of AF performance, the resulting AF contrasts are 1.8 for the red pixels, 1.6 for green, and 1.5 blue. Based on the simulation results, we confirmed the autofocusing performance of the MIM stack arrays.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.1
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pp.55-59
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2022
In this paper, we compared the electric field and absorptance of nano particles in nanostructures by amplifying the electric field around the nanoparticles through plasmon resonance and comparing the structure that can increase the absorptance with the nanostructure by using the Finite Different Time Domain (FDTD) simulation. In addition, the width of the nanostructure was adjusted to 240 nm ~ 300 nm, and the light absorptance rate was higher as the gap between the particles was short. In addition, a study was conducted on the formation of nanoparticles and nanostructures on the surface through UV imprint. In order to form particles in the structure, the nano particles were first arranged in the mold used for the fabrication of the structure using spray coating, and then fabricated through UV imprinting. The nanostructure and particles were formed together by scanning electron microscopy.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.413-413
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2014
In this paper, we present a fabrication method of functionalized gold nanostructures on flexible substrate that can be implemented for plasmonic sensing application. For biomolecular sensing, many researchers exploit unconventional lithography method like nanoimprint lithography (NIP), contact transfer lithography, soft lithography, colloidal transfer printing due to its usability and easy to functionalization. In particular, nanoimprint and contact transfer lithography need to have anti-adhesion layer for distinctive metallic properties on the flexible substrates. However, when metallic thin film was deposited on the anti-adhesion layer coated substrates, we discover much aggravation of the mold by repetitive use. Thus it would be impossible to get a high quality of metal nanostructure on the transferred substrate for developing flexible electronics based transfer printing. Here we demonstrate a method for nano-pillar mold and transfer the controllable nanoparticle array on the flexible substrates without an anti-adhesion layer. Also functionalization of gold was investigated by the different length of thiol applied for effectively localized surface plasmonic resonance sensing. First, a focused ion beam (FIB) and ICP-RIE are used to fabricate the nanoscale pillar array. Then gold metal layer is deposited onto the patterned nanostructure. The metallic 130 nm and 250 nm nanodisk pattern are transferred onto flexible polymer substrate by bi-layer functionalized contact imprinting which can be tunable surface energy interfaces. Different thiol reagents such as Thioglycolic acid (98%), 3-Mercaptopropionic acid (99%), 11-Mercaptoundecanoic acid (95%) and 16-Mercaptohexadecanoic acid (90%) are used. Overcoming the repeatedly usage of the anti-adhesion layer mold which has less uniformity and not washable interface, contact printing method using bi-layer gold array are not only expedient access to fabrication but also have distinctive properties including anti-adhesion layer free, functionalized bottom of the gold nano disk, repeatedly replicate the pattern on the flexible substrate. As a result we demonstrate the feasibility of flexible plasmonic sensing interface and anticipate that the method can be extended to variable application including the portable bio sensor via mass production of stable nanostructure array and other nanophotonic application.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.493-493
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2014
The manufacturing cost of thin-film photovoltics can potentially be lowered by minimizing the amount of a semiconductor material used to fabricate devices. Thin-film solar cells are typically only a few micrometers thick, whereas crystalline silicon (c-Si) wafer solar cells are $180{\sim}300\mu}m$ thick. As such, thin-film layers do not fully absorb incident light and their energy conversion efficiency is lower compared with that of c-Si wafer solar cells. Therefore, effective light trapping is required to realize commercially viable thin-film cells, particularly for indirect-band-gap semiconductors such as c-Si. An emerging method for light trapping in thin film solar cells is the use of metallic nanostructures that support surface plasmons. Plasmon-enhanced light absorption is shown to increase the cell photocurrent in many types of solar cells, specifically, in c-Si thin-film solar cells and in poly-Si thin film solar cell. By proper engineering of these structures, light can be concentrated and coupled into a thin semiconductor layer to increase light absorption. In many cases, silver (Ag) nanoparticles (NP) are formed either on the front surface or on the rear surface on the cells. In case of poly-Si thin film solar cells, Ag NPs are formed on the rear surface of the cells due to longer wavelengths are not perfectly absorbed in the active layer on the first path. In our cells, shorter wavelengths typically 300~500 nm are also not effectively absorbed. For this reason, a new concept of plasmonic nanostructure which is NPs formed both the front - and the rear - surface is worth testing. In this simulation Al NPs were located onto glass because Al has much lower parasitic absorption than other metal NPs. In case of Ag NP, it features parasitic absorption in the optical frequency range. On the other hand, Al NP, which is non-resonant metal NP, is characterized with a higher density of conduction electrons, resulting in highly negative dielectric permittivity. It makes them more suitable for the forward scattering configuration. In addition to this, Ag NP is located on the rear surface of the cell. Ag NPs showed good performance enhancement when they are located on the rear surface of our cells. In this simulation, Al NPs are located on glass and Ag NP is located on the rear Si surface. The structure for the simulation is shown in figure 1. Figure 2 shows FDTD-simulated absorption graphs of the proposed and reference structures. In the simulation, the front of the cell has Al NPs with 70 nm radius and 12.5% coverage; and the rear of the cell has Ag NPs with 157 nm in radius and 41.5% coverage. Such a structure shows better light absorption in 300~550 nm than that of the reference cell without any NPs and the structure with Ag NP on rear only. Therefore, it can be expected that enhanced light absorption of the structure with Al NP on front at 300~550 nm can contribute to the photocurrent enhancement.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.5
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pp.363-369
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2016
We explored localized plasmonic field enhancements using nanowire patterns to improve the sensitivity of a surface plasmon resonance (SPR) sensor. Two different materials, gold and silver, were considered for sample materials. Gold and silver nanowire patterns were fabricated by electron beam lithography for experimental measurements. The wavelength SPR sensor was also designed for these experiments. The material-dependent field enhancements on nanowire patterns were first calculated based on Maxwell's equations. Resonance wavelength shifts were indicated as changes in the refractive index from 1.33 to 1.36. The SPR sensor with silver nanowire patterns showed a much larger resonance wavelength shift than the sensor with gold nanowire patterns, in good agreement with simulation results. These results suggest that silver nanowire patterns are more efficient than gold nanowire patterns, and could be used for sensitivity enhancements in situations where biocompatibility is not a consideration.
Seokhwan Kim;Jong Wook Roh;Dong Choon Hyun;Seonhwa Park;Yuho Min
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.5
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pp.547-553
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2024
Precise control over the morphology of nanostructures is critical for tailoring their physical and chemical properties. This study addresses the challenge of developing a simple, integrated method for synthesizing both 1D and 2D colloidal Cu nanostructures in a single system, achieving successful tuning of their localized surface plasmon resonance (LSPR) properties. A facile hydrothermal synthesis utilizing potassium iodide (KI) and hexadecylamine (HDA) is presented for controlling Cu nanostructure morphologies. The key to achieving 1D nanowires (NWs) and 2D nanoplates (NPs) depends on the controlled adsorption of HDA molecules and iodide (I-) ions on specific crystal facets. Depending on the morphologies, the resultant Cu nanostructures exhibit tunable LSPR peaks from 558 nm [nanoplates (NPs)] to 590 nm [nanowires (NWs)]. These results pave the way for the scalable and cost-effective production of plasmonic Cu nanostructures with tunable optical properties, holding promise for applications in sensing, catalysis, and photonic devices.
We have conducted a theoretical study to improve the detection limit of a surface plasmon resonance (SPR) sensor by co-localizing plasmonic fields and target molecules of interest. The fields were localized by nanograting antennas, while target molecules that participate in a molecular interaction were assumed to be co-localized by angled evaporation of a dielectric mask layer on the nanograting antennas. We have performed the evaluation using an overlap integral between distributions of plasmon fields and molecules and confirmed the correlation of the overlap with the sensitivity of an SPR sensor. Based on the calculated sensor characteristics, it was found that the sensitivity, if the fields and molecules are co-localized, can be as much as ten times that of non-colocalized structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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