Sputtering and plasma exposure to fabricate gold nanoparticles with clean surfaces

スパッタリングとプラズマ処理による清浄表面を持つ金ナノ粒子の作製

川口 和弘; 佐成 巧*; 高廣 克己*; 山本 春也; 吉川 正人; 永田 晋二*

Kawaguchi, Kazuhiro; Sanari, Takumi*; Takahiro, Katsumi*; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito; Nagata, Shinji*

銀や金のナノ粒子は、局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)を発現し、その光吸収スペクトルは可視光領域に強い吸収ピークを持つ。これらのナノ粒子表面にガス分子が吸着し粒子近傍の誘電率が変化すると、この吸収ピークは波長や幅,強度などに変化を生じる。この吸収ピークの変化を応用し、漏洩ガスを光学的に検知するガスセンサー等への応用研究が行われているが、センサー材料として応用するには安定したLSPRを発現するナノ粒子を再現性よく作製する技術が必要となる。以前の実験結果から、スパッタ蒸着により作製した銀ナノ粒子へのアルゴンプラズマ処理が、作製時に付着する不純物を除去し、理論値に近い吸収ピークを得る方法として有効であるとわかった。本研究では、スパッタ蒸着で作製した金ナノ粒子に対しても同様の実験を行い、アルゴンプラズマ処理によって試料表面の洗浄を行い理論値に近い吸収ピークの得られる可能性を調べた。その結果、アルゴンプラズマ処理後に吸収ピークの幅は狭くなり、吸収ピーク位置も理論値へ近づいた。この変化から、アルゴンプラズマ処理により表面不純物が除去され、清浄な表面を持つ金ナノ粒子が作製できることがわかった。

Silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles have strong optical extinction band due to localized surface plasmon resonance (LSPR) in the visible range. These nanoparticles on transparent substrates are being applied to chemical and biological sensors, in which changes in the LSPR features, including resonance wavelength, width and intensity, are observed. In such applications, an intense and sharp absorption band is required for higher detection sensitivity. Our previous work showed that a plasma treatment could be an effective tool to control the LSPR features for Ag nanoparticles prepared by sputter deposition. In the treatment, argon (Ar) plasma cleans up impurities adsorbed on the Ag nanoparticles, resulting in the blue shift and sharpening of the LSPR. In the present work, sputter deposition, and plasma have been employed to fabricate Au nanoparticles with desired optical properties for plasmon-based sensors.