CN108931515B - 感测用基底和制造感测用基底的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种感测用基底，制造感测用基底的方法。感测用基底包括：支撑层；多个金属纳米微粒簇，布置在所述支撑层上；以及多个穿孔，布置在所述多个金属纳米微粒簇之间。所述多个金属纳米微粒簇各自包括以三维结构堆叠的多个金属纳米微粒。所述多个穿孔中的每一个中传送入射光。

Description

感测用基底和制造感测用基底的方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月25日在美国专利和商标局提交的美国临时申请No.62/510,917的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
根据示例实施例的装置和方法涉及一种感测用基底、制造基底的方法以及包括基底的分析装置，更具体地涉及一种表面增强拉曼散射(SERS)基底、一种制造高度均匀的大面积SERS基底的方法以及包括SERS基底的生物信息分析装置。
背景技术
拉曼光谱可以用于通过测量由于受到入射到对象的光的激发而在对象内部发生的非弹性散射来分析各种材料的组分。当光入射到待测样本时，可以检测并测量波长与入射光波长不同的非弹性散射光。入射光与散射光之间的最终波长位移被称为拉曼位移，该位移指示对象的分子振动或旋转能量状态。由于已知拉曼散射光的强度直接对应于目标分子的浓度，所以拉曼光谱对分子分析非常有用。
特别地，由于发现了表面增强拉曼散射(SERS)现象(由经粗糙表面处理的金属基底吸附的分子的拉曼信号显著增强)，传统拉曼光谱中由非常小的拉曼散射光信号强度造成的检测灵敏度较低这一缺点得以改善。为了澄清SERS的原理，已经进行了许多研究。例如，据预测，当激光束入射到金属上时，表面等离激元的激发根据金属表面的结构在特定区域中集中，由此引发SERS。另外，还预测到金属和由金属吸附的分子之间的电磁相互作用有助于SERS。
发明内容
根据示例实施例的方面，一种感测用基底包括：支撑层；布置在所述支撑层上的多个金属纳米微粒簇；以及布置在所述多个金属纳米微粒簇之间的多个穿孔，使得入射光从所述多个金属纳米微粒簇的上部传递到所述多个金属纳米微粒簇的下部，其中，所述多个金属纳米微粒簇中的每一个包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒。
所述支撑层可以是半导体晶片。
所述金属纳米微粒可以包括选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)的至少一种导电金属。
所述多个金属纳米微粒簇可以从所述支撑层的表面沿竖直方向延伸。
所述多个金属纳米微粒簇的厚度可以为50nm至1μm。
所述多个穿孔可以延伸到所述支撑层的表面，使得入射光可以穿过所述多个穿孔到达所述支撑层的所述表面。
所述金属纳米微粒的平均直径可以是10nm至20nm。
所述多个金属纳米微粒簇中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距可以是8nm至20nm。
根据另一示例实施例的一个方面，一种分析装置包括所述感测用基底。
根据另一示例实施例的一个方面，一种制造感测用基底的方法包括：在支撑层上形成多个纳米线；通过将多个导电金属纳米微粒沉积在所述多个纳米线的表面上，形成各自包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒的多个金属纳米微粒簇；通过至少部分地去除所述多个纳米线，在所述多个金属纳米微粒簇之间形成多个穿孔。
所述多个纳米线可以由硅(Si)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)或氧化锌(ZnO)形成。
所述形成所述多个纳米线可以包括：在所述支撑层上涂覆纳米线材料的种子层；将所述支撑层置于包含所述纳米线材料的前驱的溶液中；以及从溶液中移出所述支撑层，并热处理所述支撑层。
所述形成所述多个金属纳米微粒簇可以包括：液相沉积操作，将其上形成有所述多个纳米线的所述支撑层置于金属纳米微粒前体溶液中，并加热其中具有所述支撑层的所述金属纳米微粒前驱溶液；以及清洁操作，清洁所述支撑层。
所述形成所述多个金属纳米微粒簇可以包括多次重复所述液相沉积操作。
所述至少部分地去除所述多个纳米线可以在所述液相沉积操作期间执行。
所述金属纳米微粒前驱溶液可以包含用于溶解所述多个纳米线的溶剂。
所述多个穿孔可以延伸到所述支撑层的表面，使得所述多个穿孔将入射光传送到所述支撑层的表面。
根据另一示例实施例的方面，一种制造感测用基底的方法包括：部分地去除支撑层材料；从而形成支撑层和从其表面延伸的多个元件，其中所述多个元件包括多个纳米线以及多个壁之一；通过将所述多个导电金属纳米微粒沉积在所述多个元件的表面上，形成各自包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒的多个金属纳米微粒簇；以及通过至少部分地去除所述多个元件，在所述多个金属纳米微粒簇之间形成多个穿孔。
附图说明
结合附图，通过以下示例实施例的描述，这些和/或其他示例方面和优点将变得清楚且更易于理解，在附图中：
图1A至1E是示出了根据示例实施例的制造感测用基底的工艺的剖面示意图；
图2A示出了在图1B所示的操作中沉积在纳米线上的金属纳米微粒的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2B示出了在图1E所示的操作中以三维结构堆叠的金属纳米微粒的SEM图像；
图3示出了能量色散谱(EDS)数据，示出了感测用基底随金属纳米微粒沉积次数的组分变化；
图4是示出了感测用基底的组分随金属纳米微粒沉积次数变化的曲线图；
图5是示出了根据示例实施例的感测用基底的示意性配置的透视图；
图6是示出了根据示例实施例的感测用基底的示意性配置的剖面图；
图7是示出了根据示例实施例的对于不同的波数，随感测用基底中金属纳米微粒的沉积次数变化的拉曼散射光强度的曲线图；
图8是示出了根据示例实施例的随感测用基底中多个金属纳米微粒簇之间平均间距变化的表面增强效果的曲线图；
图9是示出了根据示例实施例的随感测用基底中金属纳米微粒簇的厚度变化的表面增强效果的曲线图；
图10是示出了根据示例实施例的感测用基底中各种浓度的样本的拉曼光谱的曲线图；
图11是示出了根据示例实施例的对于不同的波数，随感测用基底中样本浓度变化的拉曼散射光强度的曲线图；
图12是示出了根据示例实施例的感测用基底中约1072cm-1的峰的强度分布的图；
图13是示出了在4英寸晶片上制造的感测用基底中约999cm-1的峰的强度分布的图；
图14是示出了在4英寸晶片上制造的感测用基底中约1022cm-1的峰的强度分布的图；
图15是示出了在尺寸为4×4mm2的晶片上制造的感测用基底中约1072cm-1的峰的强度分布的图；
图16是示出了根据示例实施例的感测用基底中的入射光角度与拉曼散射光强度之间的关系的曲线图；
图17是示出了根据示例实施例的感测用基底中各种浓度的其他样本的拉曼光谱的曲线图；
图18是示出了根据示例实施例的感测用基底中的样本浓度与拉曼散射光强度的关系的曲线图；
图19是示出了根据示例实施例的使用感测用基底测定样本浓度的结果的曲线图；
图20是示出了根据另一示例实施例的制造感测用基底的方法的透视示意图；
图21是示出了根据另一示例实施例的制造感测用基底的方法的透视示意图；以及
图22是示出了根据示例实施例的包括感测用基底的分析装置的结构图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述了一种感测用基底，制造该基底的方法以及包括该基底的分析设备的示例实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了描述的方便和清楚，部件的尺寸可能被夸大。另外，下面将要描述的示例实施例仅仅是说明性的，可以对这些示例实施例进行各种修改。另外，在下面要描述的层结构中，“在...的上部”或“在...上”的表述可以不仅包括直接位于上/下/左/右的含义，而且还包括间接位于上/下/左/右。
本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。诸如“至少一个”之类的表达在一系列元件之前时，修饰整个一系列元件而不修饰该系列的单个元件。
图1A至1E是示出了根据示例实施例的制造感测用基底的工艺的剖面示意图。
参照图1A，多个纳米线12可以形成在支撑层11上。支撑层11可以是在普通半导体制造工艺中使用的半导体晶片。例如，支撑层11可以是由硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)等形成的半导体晶片。
多个纳米线12可以从支撑层11竖直延伸。纳米线12可以由在后处理中可去除的材料，或者即使未被去除也不影响拉曼散射的材料形成。例如，纳米线12可以由诸如Si、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等材料形成。
纳米线12可以通过以下步骤形成：在支撑层11上涂覆纳米线材料的种子层12a，将支撑层11置于包含纳米线材料前驱的溶液中，将支撑层11从溶液中拉出，然后热处理所述支撑层11。
例如，当纳米线12是ZnO纳米线时，将包含溶解在乙醇中的浓度为5mM的乙酸锌二水合物的ZnO种子溶液涂覆在支撑层11上。然后，将支撑层11和ZnO种子溶液在约350℃的温度下在热板上热处理约20分钟，使得种子层12a清洁地粘附到支撑层11上。此后，将支撑层11浸没在ZnO前驱溶液中，并且将支撑层11在对流烘箱中约95℃的温度下加热约2.5小时。例如，所述ZnO前驱溶液可以是包含浓度为25mM的六水合硝酸锌、浓度为25mM的六亚甲基四胺(HMTA)和浓度为5mM的聚醚酰亚胺(PEI)的去离子水(DI)溶液。之后，当从所述ZnO前驱溶液中拉出支撑层11时，通过使用去离子水清除残留在支撑层11上的ZnO前驱溶液，并且在约350℃温度下在热板上对支撑层11热处理约20分钟，所述ZnO纳米线可以形成在支撑层11上。备选地，纳米线12可以通过各种其他方法中的任何方法形成。
参照图1B，多个导电金属纳米微粒13可以通过在多个纳米线12的表面上沉积多个导电金属纳米微粒13以三维结构堆叠。金属纳米微粒13可以包括具有良好导电性的金属，例如，金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)。另外，如图1E所示，可以通过重复在多个纳米线12的表面上沉积多个导电金属纳米微粒13的操作来形成包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒13的多个金属纳米微粒簇14，如图1C到1E所示。
例如，可以通过将其上形成有多个纳米线12的支撑层11浸没在金属纳米微粒前驱溶液中，并将其加热的液相沉积法来形成多个金属纳米微粒簇14。更详细地，将其上形成有多个纳米线12的支撑层11浸没在金属纳米微粒前驱溶液中，且金属纳米微粒前驱溶液可以在对流烘箱中在约90℃的温度下加热约1小时。该液相沉积操作可以重复多次，直到多个导电金属纳米微粒13被浓缩形成金属纳米微粒簇14。通过液相沉积操作形成的金属纳米微粒13的平均直径可以是，例如，10nm至20nm。
例如，图2A示出了如图1B所示的操作所示的沉积在纳米线12上的金属纳米微粒13的扫描电子显微镜(SEM)图像。参照图2A，金属纳米微粒13以相对较低的密度沉积在纳米线12的表面上。另外，图2B示出了如图1E的操作所示以三维结构堆叠的金属纳米微粒13的SEM图像。例如，图2B示出了重复上述液相沉积操作八次的情况。参照图2B，金属纳米微粒簇14通过非常密集地沉积多个金属纳米微粒13形成。
随着重复液相沉积操作，由于金属纳米微粒前驱溶液的酸性组分，纳米线12可以逐渐溶解并消失。备选地，可以有意地将用于溶解纳米线12的溶剂包含在金属纳米微粒前驱溶液中。参照图2B，当液相沉积操作重复八次时，仅剩下金属纳米微粒簇14，而纳米线12几乎已全部消失。
例如，图3示出了能量色散谱(EDS)数据，示出了感测用基底随金属纳米微粒13沉积次数的组分变化，图4是示出了相同内容的曲线图。在图3和图4的示例中，Si用于支撑层11，ZnO用于纳米线12，Au用于金属纳米微粒13。参照图3和图4，在初始阶段，Zn组分几乎为50at％，Au组分包括最少at％。然而，随着沉积次数的增加，Zn组分逐渐减少，而Si和Au组分逐渐增加。当沉积次数为8时，Zn组分已几乎消失，而Au组分包括最多at％。
最后，可以清洁其上形成有金属纳米微粒簇14的支撑层11。例如，残留在感测用基底上的盐和碳化合物可以通过用去离子水和乙醇清洗的方式来去除。然后，可以完成具有密集布置在支撑层11上的多个金属纳米微粒簇14的感测用基底10。
尽管已经对液相沉积方法形成金属纳米微粒簇14做了描述，但这仅仅是一个示例。备选地，例如，除了液相沉积方法之外，还可以通过溅射或蒸发的方式在金属纳米线12的表面上沉积金属纳米微粒13来形成金属纳米微粒簇14。在这种情况下，残留在支撑层11上的纳米线12可以通过单独的工艺去除。例如，残留在支撑层11上的纳米线12可以至少部分地被去除，然后可以清洁支撑层11。
图5是示出了根据一个示例实施例的，感测用基底10的示意性构造的透视图，参照图5，多个金属纳米微粒簇14可以密集三维地布置在支撑层11上。每个金属纳米微粒簇14可以包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒13。如上所述，多个导电金属纳米微粒13密集地形成在纳米线12的表面上，并且形成在一个纳米线12的表面上的多个导电金属纳米微粒13形成一个金属纳米微粒簇14。多个金属纳米微粒簇14各自相对于支撑层11的表面沿竖直方向延伸。同时，纳米线材料的种子层12a可以至少部分地保留在支撑层11的表面上。
另外，图6是示出了根据一个示例实施例的，感测用基底10的示意性构造的剖面图。参照图6，所述感测用基底10可以包括当去除纳米线12时作为保留在多个金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的开口的多个精细穿孔15。光可以穿过的多个精细穿孔15可以是，例如，保留在已溶解了多个纳米线12的位置中的空间。如上所述，随着纳米线12的表面上形成的多个导电金属纳米微粒13增加而形成金属纳米微粒簇14，纳米线12逐渐溶解，从而留下多个穿孔15。
多个穿孔15允许光从多个金属纳米微粒簇14的上部传送到多个金属纳米微粒簇14的下部。如图6所示，入射在感测用基底10的上部的光可以沿着金属纳米微粒簇14之间的穿孔15传送，并且从而可以到达感测用基底10的底部。换句话说，光可以通过经由孔15在金属纳米微粒簇14之间传送而到达支撑层11的表面。这样，随着光沿着三维形成的相对较长的路径传送时，光可以激发大量位于金属纳米微粒簇14的上部与下部之间的导电金属纳米微粒13。因此，根据本示例实施例的感测用基底10可以进一步增加表面增强效果。由于根据本示例实施例的感测用基底10通过金属纳米微粒簇14之间的穿孔15充分地吸收光，所以感测用基底10具有良好的光利用效率并且可以呈现出几近完美的黑色。
根据本示例实施例的感测用基底10的表面增强效果可以根据导电金属纳米微粒13的密度而变化。图7是示出了根据示例实施例的对于随感测用基底10中金属纳米微粒13的沉积次数变化的拉曼散射光强度的不同波数的曲线图。例如，执行八次液相沉积，液相沉积包括将其上形成有纳米线12的支撑层11浸没在金属纳米微粒前驱溶液中，并将金属纳米微粒前驱溶液在约90℃的温度下在对流烘箱中加热约1小时。在每次执行完液相沉积操作之后，测量波数约999cm-1、1022cm-1、1072cm-1、1574cm-1时感测用基底10的拉曼散射光强度。使用1nM苯硫酚作为样本溶液，使用波长为785nm的0.07mW激光作为光源，并使用Au作为金属纳米微粒13来进行测量。参照图7的曲线图，对于大多数波数，拉曼散射光的强度迅速增加直到第三次沉积，此后，在第五次沉积拉曼散射光的强度达到最大。因此，第三次沉积和第八次沉积之间的表面增强效果几乎饱和。
另外，根据本示例实施例的感测用基底10的表面增强效果也可以根据穿孔15的尺寸或多个金属纳米微粒簇14之间的间距而变化。图8是示出了根据示例实施例的随感测用基底10中多个金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间平均间距变化的表面增强效果的曲线图。图8的曲线图是模拟将多个金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间隔从8nm改变到22nm时金属纳米微粒簇14之间形成的表面增强效果的结果，这是通过假定Au形成的每个金属纳米微粒的直径为14nm来实现的。这里，假定金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距的标准偏差σ是7nm。
参照图8，当金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距过小时，由于光对反射的损耗，表面增强效果降低。，当金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距过大时，光传送而不激发大量的金属纳米微粒13，由此降低了表面增强效果。当金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距适当时，在光和金属纳米微粒13之间存在最优相互作用，并且大部分光激发金属纳米微粒13。例如，当多个金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距为8nm至20nm时，表面增强效果可以是最佳。
另外，根据本示例实施例的感测用基底10的表面增强效果也可以根据可以在其中传送光的穿孔15的长度或根据金属纳米微粒簇14的厚度而变化。图9是示出了根据示例实施例的随感测用基底10中金属纳米微粒簇14的厚度变化的表面增强效果的曲线图。图9的曲线图是模拟在将金属纳米微粒簇14的厚度从0nm改变到600nm并且假定由Au形成的每个金属纳米微粒13的直径为14nm，金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇的平均间距为15nm，金属纳米微粒簇14中的相邻金属纳米微粒簇的平均间距的标准偏差σ为7nm的情况下金属纳米微粒簇14之间形成的表面增强效果的结果。参照图9，表面增强效果增强直到金属纳米微粒簇14的厚度为约300nm，此后，表面增强效果饱和。因此，多个金属纳米微粒簇14的厚度可以选择在50nm与1μm之间。
图10是示出了根据一个示例实施例的，感测用基底10中各种浓度的样本的拉曼光谱的曲线图。例如，通过分别使用浓度为1mM、1μM、1nM和1pM的苯硫酚溶液作为样本溶液，并使用Au作为金属纳米微粒13来进行测量。参照图10的曲线图，可以清楚地看到所有浓度的拉曼光谱。特别是，可以看到所有浓度的一定波数形成的峰。
图11是示出了根据示例实施例的对于随感测用基底10中样本浓度变化的拉曼散射光强度的不同波数的曲线图。例如，测量了在改变苯硫酚溶液浓度时，对于波数约999cm-1、1022cm-1、1072cm-1和1574cm-1的拉曼散射光的强度。参照图11的曲线图，随着苯硫酚溶液浓度的增加，所有波数的拉曼散射光的强度都增加。
根据本示例实施例，由于可以均匀地形成多个致密金属纳米微粒簇14，因此可以在大面积晶片上相对简单地制造感测用基底。图12是示出了根据示例实施例的感测用基底10中约1072cm-1的峰的强度分布的图。在图12的示例中，感测用基底10在直径4英寸的Si晶片上制造。换句话说，由Au形成的金属簇14形成在直径4英寸的Si晶片形成的支撑层11上。通过使用这种感测用基底10，重复测量浓度为1mM的苯硫酚溶液在波数约1072cm-1时的峰强度，并看到该峰强度的分布。参照图12，波数约1072cm-1时的峰强度分布在相对较窄的区域。因此，由于可以在4英寸大面积晶片上均匀地制造感测用基底10，所以可以降低每个感测用基底10的制造成本。
另外，图13是示出了在4英寸晶片上制造的感测用基底10中约999cm-1的峰的强度分布的图，图14是示出了在4英寸晶片上制造的感测用基底10中约1022cm-1的峰的强度分布的图，图15是示出了在尺寸为4×4mm2的晶片上制造的感测用基底10中约1072cm-1的峰的强度分布的图。在图13至图15的示例中，使用浓度为1mM的苯硫酚溶液作为样本。参照图13和图14的图，即使对于约999cm-1的峰和约1022cm-1的峰也看到相对均匀特性。特别是，参照图15的图，由于晶片的尺寸小，所以均匀性进一步增加，因此峰强度分布在非常窄的区域中，由此显着地降低了相对标准偏差(RSD)。
图16是示出了根据示例实施例的感测用基底10中的入射光角度与拉曼散射光强度之间的关系的曲线图。在图16的示例中，使用浓度为1mM的苯硫酚溶液作为样本，并且入射光的角度从0°改变到80°。这里，入射光的角度相对于感测用基底10的表面测量的。也就是说，以垂直于感测用基底10的表面的角度入射的光的入射角是0°。如图16的曲线图所示，随着入射角度增加，拉曼散射光的强度降低。
图17是示出了根据示例实施例的感测用基底10中各种浓度的其他样本的拉曼光谱的曲线图。在图17的示例中，使用浓度分别为10μM、1μM、100nM和10nM的腺嘌呤溶液作为样本。参照图17的曲线图，随着样本强度的增加，拉曼散射光的强度增加，并且也可以看到特定波数的峰。
图18是示出了根据示例实施例的感测用基底10中的样本浓度与拉曼散射光强度的关系的曲线图，图19是根据示例实施例的使用感测用基底10测定样本浓度的结果曲线图。参考图18的曲线图，拉曼散射光的样本浓度和强度几乎成比例。另外，参照图19的曲线图，通过使用图18的结果，可以正确地测量腺嘌呤溶液样本的浓度。
已经描述了可以通过在支撑层11上形成由与支撑层11不同的材料形成的纳米线12，并且在纳米线12的表面上形成金属纳米微粒13来制造感测用基底10。然而，备选地，可以通过蚀刻支撑层11来形成纳米线或类似结构。
图20是示出了根据另一示例实施例的制造感测用基底10的方法的透视示意图。参照图20，可以通过选择性地蚀刻支撑层材料11′的上表面来形成支撑层11和形成在其上的多个纳米线11a。在这种情况下，支撑层11和多个纳米线11a由相同的材料形成并且可以同时形成。之后，如图1A至1E所示，通过将多个导电金属纳米微粒13沉积在纳米线11a的表面上，可以形成包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒13的多个金属纳米微粒簇14。多个纳米线11a可以在形成金属纳米微粒簇14的操作中被溶解，或者可以在形成金属纳米微粒簇14之后被去除。在这种情况下，支撑层11的厚度可以远大于纳米线11a的直径，使得支撑层11不被去除。
另外，图21是示出了根据另一示例实施例的制造感测用基底10的方法的透视示意图。参照图21，可以通过以多条平行直线的形式蚀刻支撑层材料11′的上表面来形成多个平行沟槽11b。这样，可以形成支撑层11和以多个平行平面形式在其上形成的壁11c。之后，如图1B至1E所示，通过在多个壁11c上沉积多个导电金属纳米微粒13，可以形成包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒13的多个金属纳米微粒簇14。多个壁11c可以在形成金属纳米微粒簇14的操作中被溶解，或者可以在形成金属纳米微粒簇14之后被去除。在这种情况下，作为由于去除壁11c而形成的狭缝形式的开口的穿孔15可以以多条平行直线的形式的形成。
该制造的感测用基底10可以用作，但其用途不限于，例如，SERS基底。感测用基底10可以被多样地应用于各种光学测量方法中的任何方法。例如，感测用基底10可以应用于基于荧光光谱学。另外，由于感测用基底10具有高吸光率，因此感测用基底10也可以应用于太阳能电池和增透膜。另外，通过使用根据本示例实施例的感测用基底10，可以实现一次性、可穿戴、手持式、可植入式或桌面感测平台。
例如，图22是示出了根据示例实施例的包括感测用基底10的分析装置100的结构图。参照图22，根据一个示例实施例的分析装置100可以包括：光学照明系统110，包括在感测用基底10上发射激发光LE的光源；光学检测系统120，包括检测从感测用基底10散射的光LS的光学检测器；以及信号处理器130，通过利用从光学检测系统120输出的信号来分析对象物质的属性。尽管未示出，但可将对象设置在感测用基底10上。信号处理器130可以通过分析从感测用基底10散射的光LS的强度和光谱来分析对象的物质特性。信号处理器130可以配置成根据情况控制光学检测系统120的操作。
另外，分析装置100还可以包括存储器140和用户接口150，存储器140存储信号处理器130处理所用的程序、数据等，用户接口150将信号处理器130的分析结果提供给用户。尽管未示出，但分析装置100还可以包括用于放大光学检测系统120检测到的信号的放大器。
分析装置100可以是一种通过非侵入性方法测量和分析生物识别成分的生物识别信息分析装置。例如，分析装置100可以分析包含在对象的组织或血液中的物质或其组分。拉曼光谱可以用于分析对象的物质特性。
拉曼光谱利用这样一种现象，即当单一波长的光通过与形成对象的物质的分子振动相互作用而散射时，能量状态发生位移。从光学照明系统110发出的激发光LE被对象内的分子结构散射，再以波长转换后的散射光LS的形式从对象射出。散射光LS，即生物识别光信号，包括根据对象内的分子状态而波长转换度不同的各种光谱。检测到的拉曼信号包括偏移于入射光的波长的波长位移，波长位移可以包括与物质的分子振动相关的信息，例如关于分子结构、键合形态等信息，还可以包括与官能团相关的信息。
根据对象的分子组分，拉曼光谱上的拉曼峰出现不同。例如，患者(即，对象)的细胞间液或血液可以包括葡萄糖、尿素、神经酰胺、角蛋白、胶原蛋白等。例如，葡萄糖可以具有对应于约436.4cm-1、1065cm-1、1126.4cm-1、525.7cm-1的波数的拉曼位移值。另外，胶原蛋白可以呈现约855cm-1和936cm-1的拉曼位移。另外，尿素可以呈现约1000cm-1的拉曼位移。
信号处理器130可以根据光谱峰在波长从激发光LE的波长偏移拉曼位移(对应于每种物质)的点处的强度来获取每种物质的分布量。例如，如果光谱峰在波长从入射光的波数偏移约436.4cm-1、1065cm-1、1126.4cm-1、525.7cm-1的波数的位置处的强度为高值，则这可以指示葡萄糖的分布量较大。另外，如果光谱峰在波长从入射光的波数偏移约855cm-1和936cm-1的波数的位置处的强度为高值，则这可以指示胶原蛋白的分布量可能较大。
信号处理器130可以如上所述通过拉曼信号分析包含在患者(对象)皮肤中的物质的分布量，并从而可以诊断患者的健康状态。感测用基底10可以通过增强从对象输出的散射光LS的大小来提高分析装置100的检测灵敏度。
另外，信号处理器130可以生成用于控制分析装置100的一般操作的控制信号。信号处理器130可以将分析结果处理为图像信号，使分析结果显示在用户接口150的显示器上。另外，信号处理器130可以根据来自用户接口150的输入将控制信号发送到光学照明系统110和光学检测系统120。信号处理器130可以实现为微处理器等。
用户接口150是分析装置100与用户和/或其他外部设备之间的接口，可以包括输入单元和显示器。
存储器140可以存储用于处理和控制信号处理器130的程序，并可以存储输入/输出数据。例如，存储器140可以存储光谱峰值与物质的量之间的相关性查找表，以使得信号处理器能够根据拉曼光谱峰的强度定量来确定物质的量。
存储器140可以包括闪速存储器、硬盘存储器、多媒体卡微型存储器、卡片式存储器(例如，安全数字(SD)或极限数字(XD)存储器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、光盘以及本领域技术人员将了解的其他类型存储器中的至少一种类型的存储介质。
此外，分析装置100还可以包括通信接口。例如，分析结果可以通过通信接口传输到其他外部设备。外部设备可以是使用所分析的生物识别信息的医疗设备，用于打印结果的打印机或显示分析结果的显示设备。此外，外部设备可以还是智能手机、手机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、个人电脑(PC)、可穿戴设备或其他移动或非移动计算装置，且不限于此。
根据本发明示例实施例的装置可以包括处理器，用于存储和执行程序数据的存储器，诸如磁盘驱动器的永久存储器，用于与外部装置通信的通信端口，以及诸如触控面板、按键和按钮的的用户接口。用软件模块或算法实现的方法可以通过在处理器中可执行的计算机可读代码或程序指令的形式存储在非暂时性计算机可读记录介质中。计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(如ROM、RAM、软盘、硬盘等)和光学记录介质(如CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)等)。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。介质可以被计算机读取，存储在存储器中，并由处理器执行。
尽管已经参照附图所示的示例实施例对感测用基底，该制造基底的方法以及包括基底的分析装置做了描述，但是本领域普通技术人员应当理解，可以由此做出各种改变和等同的其他示例实施例。因此，这些示例实施例应该仅被认为是描述性的，而并不旨在限制。范围不是由具体实施方式而是由所附权利要求书限定的，并且范围内的所有差异将被解释为包括在其中。

Claims (23)

1.一种感测用基底，包括：
支撑层；
种子层，在所述支撑层上；
多个金属纳米微粒簇，布置在所述种子层上，所述多个金属纳米微粒簇中的每一个包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒；以及
多个穿孔，布置在所述多个金属纳米微粒簇之间，其中所述多个穿孔中的每一个中传送入射光，使得在所述光沿着所述多个穿孔中的每一个传送时，所述光激发所述多个金属纳米微粒簇中的每一个的上部与所述多个金属纳米微粒簇中的每一个的下部之间的导电金属纳米微粒。
2.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述支撑层包括半导体晶片。
3.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述金属纳米微粒包括选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)的至少一种导电金属。
4.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述多个金属纳米微粒簇中的每一个从所述种子层的表面竖直地延伸。
5.根据权利要求4所述的感测用基底，其中所述多个金属纳米微粒簇中的每一个的厚度为50nm至1μm。
6.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述多个穿孔中的每一个延伸到所述种子层的表面，使得所述多个穿孔中的每一个将入射光传送到所述种子层的表面。
7.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述多个金属纳米微粒的平均直径为10nm至20nm。
8.根据权利要求1所述的感测用基底，其中所述多个金属纳米微粒簇中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距为8nm至20nm。
9.一种分析装置，包括根据权利要求1至8中任一项所述的感测用基底。
10.一种制造感测用基底的方法，所述方法包括：
在支撑层上形成多个纳米线；
形成各自包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒的多个金属纳米微粒簇，其中形成所述多个金属纳米微粒簇包括将多个导电金属纳米微粒沉积在所述多个纳米线的表面上；以及
通过至少部分地去除所述多个纳米线，在所述多个金属纳米微粒簇之间形成多个穿孔，
其中沉积所述多个导电金属纳米微粒包括：
液相沉积操作，将其上形成有所述多个纳米线的所述支撑层置于金属纳米微粒前驱溶液中，并加热其中具有所述支撑层的所述金属纳米微粒前驱溶液；以及
清洁操作，清洁所述支撑层，
其中所述形成多个穿孔包括在所述液相沉积操作期间至少部分地去除所述多个纳米线。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述支撑层包括半导体晶片。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个纳米线由硅(Si)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)或氧化锌(ZnO)形成。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述形成多个纳米线包括：
在所述支撑层上涂覆纳米线材料的种子层；
将所述支撑层置于包含所述纳米线材料的前驱的溶液中；
从所述溶液中去除所述支撑层；以及
热处理所述支撑层。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述形成所述多个金属纳米微粒簇还包括多次重复所述液相沉积操作。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属纳米微粒前驱溶液包含至少部分溶解所述多个纳米线的溶剂。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属纳米微粒包括选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)的至少一种导电金属。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个金属纳米微粒簇中的每一个从所述支撑层的表面竖直地延伸。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个金属纳米微粒簇中的每一个的厚度为50nm至1μm。
19.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个穿孔中的每一个延伸到所述支撑层的表面，使得所述多个穿孔中的每一个将入射光传送到所述支撑层的表面。
20.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属纳米微粒的平均直径为10nm至20nm。
21.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个金属纳米微粒簇中的相邻金属纳米微粒簇之间的平均间距为8nm至20nm。
22.一种制造感测用基底的方法，所述方法包括：
部分地去除支撑层材料，从而形成支撑层和从所述支撑层的表面延伸的多个元件，其中所述多个元件包括多个纳米线和多个壁之一；
形成各自包括以三维结构堆叠的多个导电金属纳米微粒的多个金属纳米微粒簇，其中形成所述多个金属纳米微粒簇包括将所述多个导电金属纳米微粒沉积在所述多个元件的表面上；以及
通过至少部分地去除所述多个元件，在所述多个金属纳米微粒簇之间形成多个穿孔，
其中沉积所述多个导电金属纳米微粒包括：
液相沉积操作，将所形成的支撑层和多个元件置于金属纳米微粒前驱溶液中，并加热其中具有所述支撑层和所述多个元件的所述金属纳米微粒前驱溶液；以及
清洁操作，清洁所述支撑层，
其中所述形成多个穿孔包括在所述液相沉积操作期间至少部分地去除所述多个元件。
23.一种制造感测用基底的方法，所述方法包括：
提供支撑层和从所述支撑层延伸的多个元件，其中所述多个元件包括从支撑层的表面延伸的多个纳米线或从支撑层的表面延伸的多个壁；
将多个导电金属纳米微粒沉积在所述多个元件的表面上，从而形成多个金属纳米微粒簇，每个金属纳米微粒簇包括三维布置的多个导电金属纳米微粒；以及
至少部分地去除所述多个元件从而形成多个开口，通过所述多个开口入射光被传送到所述支撑层的表面，
其中沉积所述多个导电金属纳米微粒包括：
液相沉积操作，将所述支撑层和所述多个元件置于金属纳米微粒前驱溶液中，并加热其中具有所述支撑层和所述多个元件的所述金属纳米微粒前驱溶液；以及
清洁操作，清洁所述支撑层，
其中所述形成多个开口包括在所述液相沉积操作期间至少部分地去除所述多个元件。
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