CN104359867A - 一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法，包括：将玻璃衬底放入真空溅射仪的生长室内；向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以氧化铬为靶材，靶基距为4～7cm，在所述玻璃衬底上溅射氧化铬薄膜；向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜。本发明采用真空溅射原理，并采用4～7cm的靶基距，制备得到的金属薄膜厚度可控，约60nm，可以用于表面等离子体共振芯片。

Description

一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法

技术领域

本发明涉及表面等离子体共振传感技术领域，尤其涉及一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法。

背景技术

表面等离子体共振技术(SPR)是一项基于物理光学现象的先进生化检测技术，通过测量分子结合导致的芯片表面折射率变化来检测多种生物分子的结合过程。芯片表面折射率的变化与吸附在金属表面的物质有关，将配体分子固定于芯片的金属膜表面，监控溶液中被分析物与该配体的结合过程。在复合物形成或解离过程中，芯片表面溶液的折射率发送变化，随机产生SPR信号。

表面等离子体共振的检测原理为：一束P偏振光在一定角度范围内入射到棱镜与表面等离子体共振芯片的金属膜的界面上发生全反射，当入射光的波向量与表面等离子体共振芯片的金属膜表面电子振荡频率相匹配时，光被耦合进入金属膜，引起电子发生共振，即表面等离子体共振，并产生沿界面平面传播的表面等离子体波，同时在金属膜内部产生垂直方向且以指数形式衰减的消失波，该消失波的有效深度约为100～200nm。

由于共振时入射光的能量部分地转移给表面等离子体基元，使反射光的强度急剧下降，此时的入射角称为共振角。共振角随表面等离子体共振芯片的金属膜表面的折射率变化而变化，并且，共振角与金属膜表面结合的分子质量成正比，因此，可以通过共振角变化研究金属/溶液界面的变化。由于消失波的有效深度为100～200nm，太厚的金属膜导致消失场到达不了金属/溶液界面，检测不到反应信号，不能反映金属膜表面发生的变化。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法,制备的表面等离子体共振芯片的金属薄膜约60nm。

有鉴于此，本发明提供了一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法，包括：

步骤a)将玻璃衬底放入真空溅射仪的生长室内；

步骤b)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以氧化铬为靶材，靶基距为4～7cm，在所述玻璃衬底上溅射氧化铬薄膜；

步骤c)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜。

优选的，所述步骤b)中溅射电流为70～90mA。

优选的，所述步骤b)中溅射电流为80mA。

优选的，所述步骤b)中溅射时间为60～80秒。

优选的，所述步骤c)中溅射电流为40～60mA。

优选的，所述步骤c)中溅射电流为50mA。

优选的，所述步骤c)中溅射时间为120～180秒。

优选的，所述步骤c)具体为：

步骤c1)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜70～100秒，冷却；

步骤c2)在所述步骤c1)得到的产物上溅射钯薄膜50～80秒，冷却。

优选的，还包括对玻璃衬底的预处理，具体为：

将玻璃衬底在体积比1：5的H₂O₂与H₂SO₄的混合溶液中加热，然后用清水冲洗，氮气吹干。

本发明提供了一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法，包括：将玻璃衬底放入真空溅射仪的生长室内；向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以氧化铬为靶材，靶基距为4～7cm，在所述玻璃衬底上溅射氧化铬薄膜；向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在上述步骤得到的产物上溅射钯薄膜。本发明采用真空溅射原理，并采用4～7cm的靶基距，制备得到的金属薄膜厚度可控，约60nm，可以用于表面等离子体共振芯片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法，包括：

步骤a)将玻璃衬底放入真空溅射仪的生长室内；

步骤b)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以氧化铬为靶材，靶基距为4～7cm，在所述玻璃衬底上溅射氧化铬薄膜；

步骤c)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜。

本发明采用真空溅射原理，并采用4～7cm的靶基距，制备得到的金属薄膜表面平整，厚度可控，可以用于表面等离子体共振芯片。实验结果表明，本发明制备的金属薄膜厚度均匀，为60nm左右。

本发明中真空溅射原理为电子在电场的作用下加速，在飞向玻璃衬底的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向玻璃衬底，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子或分子沉积在玻璃衬底上成膜。

按照本发明，优选包括将所述玻璃衬底进行预处理，优选具体为：将玻璃衬底在体积比为0.8～1.2：4～6的30wt％的H₂O₂与98wt％的H₂SO₄的混合溶液中加热，然后用清水冲洗，氮气流吹干，所述H₂O₂与H₂SO₄的体积比更优选为0.8～1.2：4.5～5.5，最优选为1：5。

所述真空溅射仪优选采用德国BALZERS公司的SCD050真空溅射系统。

所述步骤b)中溅射电流优选为70～90mA，更优选为80mA。所述步骤b)中溅射时间优选为60～80秒，更优选为70秒。

所述步骤c)中溅射电流优选为40～60mA，更优选为50mA。所述步骤c)中溅射时间优选为120～180秒。所述步骤c)优选为：步骤c1)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜70～100秒，冷却；步骤c2)在所述步骤c1)得到的产物上溅射钯薄膜50～80秒，冷却。

所述步骤c1)溅射后优选停留30～50分钟，更优选为停留30～40分钟。本发明优选采用上述间歇的溅射方式，从而使钯靶冷却，保证镀制的钯膜的均匀性。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

本发明实施例采用的设备为德国BALZERS生产的SCD 050真空溅射系统。本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。

实施例1

玻璃衬底的预处理：

将规格为20×20mm的玻璃衬底在体积比为1：5的30wt％的H₂O₂与98wt％的H₂SO₄的混合溶液中煮沸30min，再用水冲洗干净，用氮气流吹干；

镀氧化铬膜：

调节德国BALZERS生产的SCD 050真空溅射系统的靶基距为6cm，将所述氮气流吹干的玻璃衬底放入真空溅射系统的生长室内；

将SCD 050连接的三通旋转到关闭状态，打开水冷却系统，指示温度在12～6℃；打开氩气瓶，将供气系统的三通旋转到与SCD 050相通，给系统提供氩气；

安装氧化铬靶，将真空溅射系统的“遮板”旋到关闭状态，“遮板”隔在氧化铬靶与所述玻璃衬底之间；

将真空溅射系统的功能版打开，调至“溅射”档，设置溅射时间为70秒；

按真空溅射系统的“开关”按钮将SCD 050打开，按“清洗”键直到真空溅射系统的生长室的真空度至10^-2mbar；

按“溅射开始”按钮，将电流值调至80mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射；

溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待15min至氧化铬靶冷却，氧化铬的厚度约为4nm；

镀钯膜：

将真空溅射系统的SCD 050连接的三通旋转到与外界相通，放入空气直到内外压强相等，取下氧化铬靶，安装好钯靶，将“遮板”旋到关闭状态；

重新设置溅射时间为90秒；

将真空溅射系统的“开关”按钮打开，按“清洗”键直到真空度达到10^-2mbar；

按“溅射开始”按钮，将电流值调至50mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射；

溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待30min至钯靶冷却，累加时间按钮到100秒；

按真空溅射系统的“溅射开始”按钮，将电流值调至50mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射,溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待30min至钯靶冷却，镀钯的厚度为60nm；

按“开关”按钮关闭仪器，然后将连接SCD 050的三通旋开放入空气，钯靶取下，制得表面等离子体共振芯片；

将功能版关闭，将连接SCD 050的三通关闭，将冷却水关闭，氩气瓶总阀关闭。

对本实施例制备的表面等离子体共振芯片进行观察，制备的表面等离子体共振芯片的钯膜表面均匀。经检测，实施例1制备的60nm厚度的表面等离子体共振芯片有很好的反应信号。

实施例2

玻璃衬底的预处理：

将规格为20×20mm的玻璃衬底在体积比为1：5的30wt％的H₂O₂与98wt％的H₂SO₄的混合溶液中煮沸30min，再用水冲洗干净，用氮气流吹干；

镀氧化铬膜：

调节德国BALZERS生产的SCD 050真空溅射系统的靶基距为6cm，将所述氮气流吹干的玻璃衬底放入真空溅射系统的生长室内；

将SCD 050连接的三通旋转到关闭状态，打开水冷却系统，指示温度在12℃；打开氩气瓶，将供气系统的三通旋转到与SCD 050相通，给系统提供氩气；

安装氧化铬靶，将真空溅射系统的“遮板”旋到关闭状态，“遮板”隔在氧化铬靶与所述玻璃衬底之间；

将真空溅射系统的功能版打开，调至“溅射”档，设置溅射时间为70秒；

按真空溅射系统的“开关”按钮将SCD 050打开，按“清洗”键直到真空溅射系统的生长室的真空度至10^-2mbar；

按“溅射开始”按钮，将电流值调至85mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射；

溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待15min至氧化铬靶冷却，氧化铬的厚度约为4nm；

镀钯膜：

将真空溅射系统的SCD 050连接的三通旋转到与外界相通，放入空气直到内外压强相等，取下氧化铬靶，安装好钯靶，将“遮板”旋到关闭状态；

重新设置溅射时间为80秒；

将真空溅射系统的“开关”按钮打开，按“清洗”键直到真空度达到10^-2mbar；

按“溅射开始”按钮，将电流值调至55mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射；

溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待30min至钯靶冷却，累加时间按钮到100秒；

按真空溅射系统的“溅射开始”按钮，将电流值调至50mA，将“遮板”旋到打开状态，开始溅射,溅射完成后，将电流按钮旋到最小，等待30min至钯靶冷却，镀钯的厚度为60nm；

按“开关”按钮关闭仪器，然后将连接SCD050的三通旋开放入空气，钯靶取下，制得表面等离子体共振芯片；

将功能版关闭，将连接SCD050的三通关闭，将冷却水关闭，氩气瓶总阀关闭。

对本实施例制备的表面等离子体共振芯片进行观察，制备的表面等离子体共振芯片的钯膜表面均匀。经检测，实施例2制备的60nm厚度的表面等离子体共振芯片有很好的反应信号。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种以钯为靶材制备表面等离子体共振芯片的方法，其特征在于，包括：

步骤a)将玻璃衬底放入真空溅射仪的生长室内；

步骤b)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以氧化铬为靶材，靶基距为4～7cm，在所述玻璃衬底上溅射氧化铬薄膜；

步骤c)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中溅射电流为70～90mA。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中溅射电流为80mA。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中溅射时间为60～80秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中溅射电流为40～60mA。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中溅射电流为50mA。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中溅射时间为120～180秒。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤c)具体为：

步骤c1)向所述生长室内通入氩气，抽真空至10^-2～10^-4mbr，以钯为靶材、靶基距为4～7cm，在所述步骤b)得到的产物上溅射钯薄膜70～100秒，冷却；

步骤c2)在所述步骤c1)得到的产物上溅射钯薄膜50～80秒，冷却。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对玻璃衬底的预处理，具体为：

将玻璃衬底在体积比1：5的H₂O₂与H₂SO₄的混合溶液中加热，然后用清水冲洗，氮气吹干。