等离子体氮化钛薄膜的温度依赖光学性质

由于其优异的等离子体性质，金和银等贵金属一直是展示各种等离子体及纳米光子现象的首选材料。然而，贵金属的柔软性、缺乏可定制性以及低熔点，加上薄膜制造与器件集成中的挑战，阻碍了实际等离子体器件的实现。近年来，氮化钛(TiN)已成为一种前景广阔的等离子体材料，具有良好金属性与难熔（高温稳定）性质。TiN的难熔特性可赋能在高温下运行的实用等离子体器件，用于能量转换及油气等恶劣环境工业。本文报道了利用原位高温椭偏测量，在技术上相关的可见光至近红外波长范围330 nm至2000 nm、温度高达900 0C下，不同厚度TiN薄膜的温度依赖介电函数。我们的发现表明，高温下TiN的复介电函数偏离室温光学参数，指示介电常数实部与虚部的等离子体性质均发生退化。然而，颇为引人注目的是，TiN光学性质的相对变化与其贵金属对应物相比显著更小。利用模拟，我们证明将温度引起的偏差纳入数值模型会导致高温纳米光子系统光学响应的显著差异。这些研究为高温TiN基光学元件与纳米光子系统的精确建模提供了关键，以用于能量转换、恶劣环境传感器及热辅助应用。