CN103274353A

CN103274353A - 大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法

Info

Publication number: CN103274353A
Application number: CN2013101364829A
Authority: CN
Inventors: 宋国峰; 王立娜; 胡海峰; 徐云; 韦欣
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-09-04

Abstract

一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其制备过程包括：步骤1：取一衬底；步骤2：用物理和化学方法对衬底进行清洗；步骤3：将清洗后的衬底倾斜地置于生长室中；步骤4：采用气相沉积的方法，在衬底上生长金属纳米结构，完成制备。采用本发明制备的表面增强拉曼活性基底具有面积大、工艺简单、结构可控、成本低廉、可靠性高等优点。

Description

大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法

技术领域

本发明属于生物传感、电化学监测、环境分析等拉曼光谱分析检测技术和纳米材料领域，具体是一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法。

背景技术

拉曼光谱是一种光谱分子检测手段，其可鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量，在传感检测领域具有广泛的应用前景。这种光谱分析法基于拉曼散射效应，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析得到分子振动、转动信息，进而应用于分子结构研究。在有机化学方面，拉曼光谱可用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是判断化学键和官能团的重要依据；在生物医学方面，拉曼光谱可研究活性状态下生物大分子的结构及其变化；在材料研究方面，拉曼光谱已成为材料制备的检测和鉴定手段。拉曼光谱分析法不需要对样品进行前处理，避免了样品的损伤，且具有分析过程操作简便、测量时间短、灵敏度高等优点。然而，通常情况下分子的拉曼散射截面非常小，约为10-31cm2，致使拉曼散射光谱强度微弱，利用表面增强拉曼技术便可极大地提高拉曼光谱的灵敏度。研究表明表面增强拉曼散射(SERS)效应来源于电磁场增强和化学增强，但人们普遍认为SERS主要增强机制在于金属纳米结构表面的局域等离子体共振效应引起的局域电磁场增强。

近期，随着纳米科学技术的迅猛发展，诸多表面增强拉曼活性基底的制备方法应运而生。到目前为止，常用的金属纳米结构基底制备方法包括电化学氧化还原法、金属溶胶法、纳米压印、聚焦离子束刻蚀、电子束刻蚀和纳米球平板印刷术等方法。对于电化学氧化还原法和金属溶胶法来说，其制备的基底普遍存在重复性差、稳定性低及制备过程复杂等问题。聚焦离子束刻蚀、电子束刻蚀技术具有很高的刻蚀分辨率和图形制作自由度，故可获得重复性好、稳定性高的金属纳米结构基底，但这些方法成本高、工艺复杂、制备基底面积小、速度慢，不能实现工业化大生产。纳米压印技术可避免上述问题，但其需要通过精细微纳加工技术制作纳米结构压印模板，不便于随机调节微细图形的结构参数。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，此方法制备的表面增强拉曼活性基底具有面积大、工艺简单、结构可控、成本低廉、可靠性高等优点。

本发明提出的一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其制备过程包括：

步骤1：取一衬底；

步骤2：用物理和化学方法对衬底进行清洗；

步骤3：将清洗后的衬底倾斜地置于生长室中；

步骤4：采用气相沉积的方法，在衬底上生长金属纳米结构，完成制备。

本发明提供的这种表面增强拉曼活性基底的制备方法，与传统的电化学氧化还原法、聚焦离子束刻蚀、电子束刻蚀等方法相比，具有制作成本低、工艺简单、可靠性高、制备基底面积大、基底结构可控等优势。

附图说明

为进一步阐明本发明的内容和优点，下面将结合附图和实例详细说明如后，其中：

图1为本发明的制备方法流程图。

图2为本发明的实验装置示意图。

图3为本发明制备的平均粒子直径为100nm的金属纳米结构。

图4为本发明制备的平均粒子直径为70nm的金属纳米结构。

图5为本发明制备的平均粒子直径为45nm的金属纳米结构。

图6为本发明制备的平均粒子直径为25nm的金属纳米结构。

具体实施方式

请参阅图1实验装置示意图所示，本发明提供一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底，该衬底的材料为玻璃、单晶Si、蓝宝石、GaAs或GaN。

步骤2：用物理和化学方法对衬底进行清洗，以便去除表面杂质。以单晶Si衬底为例，先用丙酮浸泡过的棉花擦洗衬底抛光面；将其依次置于丙酮和无水乙醇中超声5分钟(温度55℃)；用去离子水冲洗40遍；将其用浓度为4∶1的硫酸和双氧水混合溶液煮10分钟(硫酸冒烟后加双氧水)；用去离子水冲洗40遍；然后用浓度为3∶1∶1的去离子水、双氧水和氨水混合溶液煮10分钟(水冒烟加另两种溶液)；再用去离子水冲洗40遍；最后将其用丙酮浸泡、氮气吹干，完成单晶Si衬底的清洗。

步骤3：将清洗后的衬底倾斜地置于生长室中，其中衬底倾斜的角度大于10，小于80度。

步骤4：采用气相沉积的方法，通过使用不同材料靶源的单次或多次倾斜生长方法在洁净的衬底表面生长金属纳米结构，从而形成由衬底和金属纳米结构所组成的基片，完成大面积表面增强拉曼活性基底的制备。该金属纳米结构的材料为Au、Ag、Cu、Pt或其他过渡族金属或及其组合.金属纳米结构的形貌为纳米粒子、纳米柱、粗糙表面纳米薄膜或纳米壳，其中纳米壳的层数大于等于2，相邻两壳层的材料不同，非相邻两壳层的材料相同或不相同，不同纳米壳是使用不同材料的靶源生长的，生长不同材料时衬底倾斜的角度不同。这种倾斜生长方法是通过控制材料生长温度、样品倾斜角度、材料生长时间、材料生长速率、生长腔室压强来调节金属纳米结构的形貌和尺寸，如果将材料生长温度设为60°、真空度设为1.0x10^-6Pa、材料生长速率设为

材料生长厚度设为20nm，则20°、40°、60°、80°样品倾斜角度下所生长的银纳米粒子结构示意图分别如图3、图4、图5、图6所示，其中银纳米粒子的平均直径分别为100nm、70nm、45nm、25nm。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其制备过程包括：

步骤1：取一衬底；

步骤2：用物理和化学方法对衬底进行清洗；

步骤3：将清洗后的衬底倾斜地置于生长室中；

2.如权利要求1所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述衬底的材料为玻璃、单晶Si、蓝宝石、GaAs或GaN。

3.如权利要求1所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述衬底倾斜的角度大于10，小于80度。

4.如权利要求1所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述金属纳米结构的材料为Au、Ag、Cu、Pt或其他过渡族金属，或及其组合。

5.如权利要求1所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述金属纳米结构的形貌为纳米粒子、纳米柱、粗糙表面的纳米薄膜或纳米壳。

6.如权利要求5所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述纳米壳的层数大于等于2。

7.如权利要求5所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述纳米壳是指相邻两壳层的材料不同，非相邻两壳层的材料相同或不相同。

8.如权利要求5所述的大面积表面增强拉曼活性基底的倾斜生长制备方法，其中所述不同纳米壳是使用不同材料的靶源生长的，生长不同材料时衬底倾斜的角度不同。