An ellipsometric analysis to model the order-disorder transition in Au-SiO2 nano-granular thin films induced by thermal annealing

Abstract

Este artículo presenta un análisis elipsométrico para modelar la transición orden-desorden en láminas de oro nanogranular incrustado en una matriz de sílice (Au-SiO2). Se llevaron a cabo mediciones ópticas mediante la técnica de elipsometría espectroscópica de reflexión en el rango de longitud de onda espectral de 300 a 2500 nm. Después del recocido térmico de Au-SiO2 en el rango de temperatura de 200 a 800 °C, se muestra una clara transición textural de orden-desorden en la película. Al analizar la rugosidad de la superficie mediante microscopía de fuerza atómica (AFM), la película preparada muestra un pico de distribución de altura estrecho de 3 nm, lo que revela una buena uniformidad del tamaño de las partículas. Cuando la temperatura de recocido aumenta, las partículas tienden a fusionarse en tamaños más grandes, lo cual conduce a películas no homogéneas que muestran una rugosidad superficial cada vez mayor. Se determinaron sistemáticamente los parámetros de rugosidad de la superficie de la película mediante la distribución de altura acumulativa de AFM, que se empleó en el elipsometro con el fin de evaluar las constantes ópticas efectivas de las láminas de Au-SiO2 y ajustar numéricamente los espectros de ángulos elipsométricos, Ψ y Δ y transmitancia T registrados usando un modelo de múltiples osciladores Gaussianos. Por lo tanto, se logró una determinación fiable de los espesores efectivos y las constantes ópticas de Au-SiO2. Asimismo, ajustamos los datos experimentales a la aproximación media efectiva (EMA) de Maxwell Garnett (MG). Se puede apreciar que MG-EMA no es idóneo para temperaturas más bajas debido a la autoorganización de las partículas. No obstante, al ocurrir el desorden de las partículas, debido al incremento en la temperatura de recocido, el ajuste MG-EMA se mejora cada vez más.