一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用，包括：在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列；对硅片基底单层有序PS球阵列进行加热，再采用反应离子刻蚀法进行刻蚀，并且在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次大小调整，然后在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列，从而制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。以硅基多刺状纳米锥有序阵列为模板，采用物理沉积方法在其表面沉积一层金膜，制得沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列，可将其直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料。本发明专利技术不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的硅基多刺状纳米锥有序阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好。

Preparation and application of a silicon based multi prickle nanocone array

The invention discloses a preparation method and application of a silicon base multi spiny nano cone ordered array, including the preparation of a tightly arranged and ordered PS ball array on a silicon substrate, heating the single layer PS ball array on a silicon substrate and etching by the reaction ion etching, and at least in the etching process. The etching current is adjusted once and then the single-layer ordered PS ball array on the substrate of the silicon wafer is removed after the etching is completed, thus making the silicon base multi spiny nanocone ordered array. A silicon based multi spiny nanocone ordered array was used as a template, and a gold film was deposited on the surface by physical deposition. A silicon based multi spiny nano cone ordered array with gold films was prepared, which can be used directly as the substrate material of the surface enhanced Raman effect. The invention has the advantages of simple preparation method, convenient operation, low cost, economic and environmental protection, and the prepared silicon base multi prickly nano cone ordered array has large structure area, good uniformity, clean surface, high sensitivity and good detectability.

【技术实现步骤摘要】
一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用
本专利技术涉及有序阵列硅材料领域，尤其涉及一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用。
技术介绍
反应离子刻蚀技术是一种各向异性很强、选择性高的干法腐蚀技术。它是在真空系统中利用分子气体等离子来进行刻蚀，同时利用离子诱导化学反应来实现各向异性刻蚀，即是利用离子能量来使被刻蚀层的表面形成容易刻蚀的损伤层和促进化学反应。在现有技术中，采用反应离子刻蚀技术所制得的硅材料一般是硅基单刺状纳米锥有序阵列，但这种单刺结构的硅材料在用作表面增强拉曼效应(Surface-enhancedRamanspectroscopy，SERS)的衬底材料时，拉曼增强效果不是很理想，灵敏度较低。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足之处，本专利技术提供了一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用，不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的硅基多刺状纳米锥有序阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好，在用作表面增强拉曼效应的衬底材料时拉曼增强效果明显远优于现有技术中的硅基单刺状纳米锥有序阵列。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列，从而得到硅片基底单层有序PS球阵列；步骤B、对所述硅片基底单层有序PS球阵列进行加热，再采用反应离子刻蚀法进行刻蚀，并且在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整，然后在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列，从而制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。优选地，所述的在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整包括：按照初始刻蚀电流至少刻蚀1min后再对刻蚀电流进行调整，并且相邻两次刻蚀电流调整之间至少相隔1min，每次调整后与调整前的刻蚀电流至少相差1A。优选地，所述的采用反应离子刻蚀法进行刻蚀包括：采用六氟化硫作为工作气体对加热后的硅片基底单层有序PS球阵列进行刻蚀，气体流量控制在20～50scc/min、气体压强控制在1～4Pa，整个刻蚀过程的刻蚀时间控制在4～8min，整个刻蚀过程的刻蚀电流控制在1～3A、刻蚀功率控制在150～250W。优选地，所述的在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列包括以下步骤：步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的硅片基底；其中，所述的第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成；步骤A2、将步骤A1处理后的硅片基底放入PS球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述硅片基底上合成紧密排列的单层有序PS球阵列。优选地，所述的PS球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取PS球直径为500～1000nm的PS球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的PS球乙醇稀释液。优选地，所述的在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列包括：将刻蚀完成后的硅片基底单层有序PS球阵列浸泡在清洗溶剂中进行5～20min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而去除硅片基底上的单层有序PS球阵列。优选地，所述的清洗溶剂为二氯甲烷、甲苯、乙苯、二甲苯、氯仿中的至少一种。优选地，还包括：以所述硅基多刺状纳米锥有序阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，从而制得沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列。一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的应用，以上述技术方案所制得的硅基多刺状纳米锥有序阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，从而制得沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列；将所述沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料。优选地，将所述沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对对氨基苯硫酚进行拉曼检测。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法以单层有序PS球阵列为掩模板进行反应离子刻蚀，并且在刻蚀前对单层有序PS球阵列进行了加热处理，而在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整，这可以改变刻蚀功率以及等离子基元对有掩膜的硅片材料表面的轰击速度，从而使掩模板在逐渐变薄的过程中，掩模下硅片区域内掩模的厚度减小速率不一致，使刻蚀后的硅纳米锥表面产生多刺，并最终制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。以该硅基多刺状纳米锥有序阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜后，可直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对对氨基苯硫酚进行拉曼检测。可见，本专利技术提供的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的硅基多刺状纳米锥有序阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好，在用作表面增强拉曼效应的衬底材料时拉曼增强效果明显远优于现有技术中的硅基单刺状纳米锥有序阵列。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例1～4所制得沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列以及对比实施例1～2所制得的硅基单刺状纳米锥有序阵列的FESEM(FieldEmissionScanningElectron，场致发射扫描电子显微镜)图像。图2为本专利技术实施例1～4所制得沉积有金膜的硅基多刺状纳米锥有序阵列以及对比实施例1～2所制得的硅基单刺状纳米锥有序阵列的表面增强拉曼谱图。图3为本专利技术实施例所提供硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面对本专利技术所提供的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法及其应用进行详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。如图3所示，一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球(即聚合物胶体晶体球)阵列，从而得到硅片基底单层有序PS球阵列。步骤B、对所述硅片基底单层有序PS球阵列进行加热，再采用反应离子刻蚀法进行刻蚀，并且在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整，然后在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列，从而制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。其中，该硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法的各步骤可以包括以下实施方案：(1)所述的在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列可以包括以下步骤：步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列，从而得到硅片基底单层有序PS球阵列；步骤B、对所述硅片基底单层有序PS球阵列进行加热，再采用反应离子刻蚀法进行刻蚀，并且在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整，然后在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列，从而制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。

【技术特征摘要】
1.一种硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列，从而得到硅片基底单层有序PS球阵列；步骤B、对所述硅片基底单层有序PS球阵列进行加热，再采用反应离子刻蚀法进行刻蚀，并且在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整，然后在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层有序PS球阵列，从而制得硅基多刺状纳米锥有序阵列。2.根据权利要求1所述的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，其特征在于，所述的在刻蚀过程中至少对刻蚀电流进行一次增大调整包括：按照初始刻蚀电流至少刻蚀1min后再对刻蚀电流进行调整，并且相邻两次刻蚀电流调整之间至少相隔1min，每次调整后与调整前的刻蚀电流至少相差1A。3.根据权利要求1或2所述的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，其特征在于，所述的采用反应离子刻蚀法进行刻蚀包括：采用六氟化硫作为工作气体对加热后的硅片基底单层有序PS球阵列进行刻蚀，气体流量控制在20～50scc/min、气体压强控制在1～4Pa，整个刻蚀过程的刻蚀时间控制在4～8min，整个刻蚀过程的刻蚀电流控制在1～3A、刻蚀功率控制在150～250W。4.根据权利要求1或2所述的硅基多刺状纳米锥有序阵列的制备方法，其特征在于，所述的在硅片基底上制备紧密排列的单层有序PS球阵列包括以下步骤：步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的硅片基底；其中，所述的第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成；步骤A2、将步骤A1处理后的硅片基底放入PS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广强，杨绍松，赵倩，郭静，蔡伟平，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34