一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种表面增强拉曼散射基底的制备方法，属于基底制备领域。该方法先用浸没式离子注入在具有一定晶向的单晶硅表面形成微纳结构阵列，然后在微纳结构上制备具有高浓度自由电子的薄膜材料，利用能够产生表面等离子体共振的微纳结构对拉曼信号进行增强，最终获得大面积的表面增强拉曼散射基底。本方法可以避免微纳结构制备中复杂的掩膜、光刻等工艺，通过简单加工操作即可实现大面积表面增强拉曼散射基底，有利于实现低成本表面增强基底。

A method for preparing large area surface enhanced Raman scattering substrate

The invention relates to a preparation method of surface enhanced Raman scattering substrate, which belongs to the field of substrate preparation. This method first forms a micro nano structure array on the surface of monocrystalline silicon with a certain crystal direction. Then the thin film materials with high concentration free electrons are prepared on the micro nano structure, and the Raman signal is enhanced by the micro nano structure which can produce the surface plasmon resonance. Finally, the surface increase of the large area is obtained. Chanraman scatters the base. This method can avoid complicated mask and photolithography in the preparation of micro nano structure, and can realize large area surface enhanced Raman scattering substrate by simple processing operation, which is beneficial to the realization of low cost surface enhanced substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法
本专利技术涉及表面增强拉曼基底制备领域，尤其涉及一种非掩膜大面积制备的表面增强拉曼基底方法。
技术介绍
表面增强拉曼散射(SurfaceEnhancementRamanScatting，SERS)是一种超灵敏的无损鉴别和分子识别技术。SERS技术具有很多独特的优越性，能够提供快速、简单、可重复、无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头测量，被广泛应用于有机化学、高聚物、生物表面科学、食品安全及薄膜等诸多领域。SERS效应的机制和应用仍然是当前国际研究的热门问题。目前SERS效应的研究重点主要集中在其理论研究与SERS基底的制作上。无论是SERS效应的机理研究还是SERS效应的实际应用都需要制作性能优良的SERS基底，所以SERS基底的制作研究成为了SERS效应理论研究和实用化的关键。目前，关于SERS基底制作的高水平文献报道大量涌现。理想的SERS基底应该具有均匀、可重复、结构参数可精细控制以及超灵敏等特点，考虑到实际应用得需要，理想的SERS基底还应具有大面积、操作简单等特性，这对SERS基底的制作工艺提出了极高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大面积且操作简单的表面增强拉曼散射基底的制备方法。本专利技术的技术解决方案如下：一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，特征在于包括下列步骤：步骤一：选取硅片用NaOH溶液中清洗去除表面切割损伤；步骤二：用等离子体浸没离子在硅片上形成微纳结构阵列；步骤三：在微纳结构上制备具有高自由电子浓度的膜层。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述硅片为P型（100）晶向单晶硅。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述硅片厚210±20μm，直径为150mm，边长为125mm的类方形单晶硅，电阻率为1～3Ω•cm。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述NaOH溶液浓度为8%～12%，温度为70℃，清洗时间5～10min除去硅表面机械损伤层。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述等离子体浸没离子注入设备中工艺气体为SF6/O2气体流量比为3.5～4.5；注入时间为1min～6min。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述等离子体电源功率为700～1000W，工作压强为1Pa；所加偏置电压为脉冲直流偏压，电压的大小为-300V到-500V，脉冲宽度为30μs。优选的，上述的一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述高自由电子浓度的膜层为Au、Ag、Cu、Ni、Fe、Co、Pt、Al、TiN、ZnO、重掺杂硅、InGaAs等材料中的一种或多种。优选的，上述的一种表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述高浓度自由电子膜层厚度为10nm～10000nm。本专利技术具有如下优点：(1)制备方法简单，制作工艺容易控制；(2)使用本专利技术得到的基底增强效应明显，信号重现性好；(3)基底纳米结构稳定性好，保存时间长。附图说明图1为一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法的流程图示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本专利技术可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本专利技术将是彻底和完整的，并且将把本专利技术的构思充分传达给本领域技术人员，本专利技术将仅由权利要求来限定。实施例1：(1)选取硅片为P型（100）晶向，直径为150mm，边长为125mm的类方形单晶硅，硅片厚210±20μm，电阻率为1～3Ω•cm；(2)将硅片用70℃的10%NaOH溶液中清洗去除表面切割损伤，长达十分钟；(3)硅片放入等离子体浸没离子注入设备系统，处理时间约为5min；所用等离子体浸没离子注入设备中工艺气体为SF6/O2，气体流量比为4：1；等离子体电源功率为1000W，工作压强为1Pa；所加偏置电压为脉冲直流偏压，电压的大小为-500v，脉冲宽度为30μs；(4)将具有微纳结构的硅片用电子束蒸发制备单层介质材料氮化钛，厚度达5nm，过程中氧气要充足并保持1.33×10-2Pa的气压；(5)在硅基底上用真空蒸镀的方法蒸镀100nm的银，以0.15nm/s的速度热蒸发，保持恒温，制作出大面积的均匀性好的表面增强拉曼散射基底。实施例2：(1)选取硅片为P型晶向，直径为150mm，边长为125mm的类方形单晶硅，硅片厚210±20μm，电阻率为1～3Ω•cm；(2)将硅片用70℃的10%NaOH溶液中清洗去除表面切割损伤，长达八分钟；(3)硅片放入等离子体浸没离子注入设备系统，处理时间约为3min；所用等离子体浸没离子注入设备中工艺气体为SF6/O2，气体流量比为4.5：1；等离子体电源功率为1000W，工作压强为1Pa；所加偏置电压为脉冲直流偏压，电压的大小为-500v，脉冲宽度为30μs；(4)将具有微纳结构的硅片用电子束蒸发制备单层介质材料氮化钛，厚度达3nm，过程中氧气要充足并保持1.33×10-2Pa的气压；(5)在硅基底上用真空蒸镀的方法蒸镀60nm的银，以0.15nm/s的速度热蒸发，保持恒温，制作出大面积的均匀性好的表面增强拉曼散射基底。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：步骤一：选取硅片用NaOH溶液中清洗去除表面切割损伤；步骤二：用等离子体浸没离子在硅片上形成微纳结构阵列；步骤三：在微纳结构上制备具有高自由电子浓度的膜层。

【技术特征摘要】
1.一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：步骤一：选取硅片用NaOH溶液中清洗去除表面切割损伤；步骤二：用等离子体浸没离子在硅片上形成微纳结构阵列；步骤三：在微纳结构上制备具有高自由电子浓度的膜层。2.如权利要求1所述一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述硅片为P型（100）晶向单晶硅。3.如权利要求1所述一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述硅片厚210±20μm，直径为150mm，边长为125mm的类方形单晶硅，电阻率为1～3Ω•cm。4.如权利要求1所述一种大面积表面增强拉曼散射基底的制备方法，其中所述NaOH溶液浓度为8%~12%，温度为70℃，清洗时间10分钟除去硅表面机械损伤层。5.如权利要求1所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟彦龙，王玲莉，金国君，檀珺，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33