一种增强拉曼效应的悬空衬底及其制备方法技术

本发明专利技术属于检测拉曼光谱的技术领域，特别涉及一种增强拉曼效应的悬空衬底及其制备方法。所述增强拉曼效应的悬空衬底，包括纳米级厚度的悬空基片和沉积在所述悬空基片一侧的纳米级厚度的金属层，所述金属层上设置有周期性排列的通孔。本发明专利技术通过在悬空基片上镀一层纳米级厚度的金属，再利用聚焦离子束在金属层上加工周期穿孔阵列得到的衬底，方法简单，操作性强，成功率较高。

A kind of suspended substrate with enhanced Raman effect and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种增强拉曼效应的悬空衬底及其制备方法
本专利技术属于检测拉曼光谱的
，特别涉及一种增强拉曼效应的衬底及其制备方法。
技术介绍
拉曼效应是一种很弱的散射，是由分子振动、固体中的光学声子等元激发与入射光相互作用产生的非弹性散射。由于在大分子或者较长波段情况下，不好测量材料的拉曼光谱，因此我们专利技术了一种可以增强拉曼效应的悬空衬底，可以解决这一问题。目前已经出现的表面增强拉曼散射的衬底是利用电化学、模板法等制备的。对于电化学方法，虽方便快速，但经过多次电化学氧化还原，使得电极变得粗糙，粗糙程度难以控制，会降低表面覆盖度与光谱的重现性。对于模板法，装置简单，形态可控。但是对于合成材料之后的处理硬模板的工艺流程复杂，若用软模板，则难以对合成材料的形貌进行控制。有部分现有专利技术在胶质金属颗粒如Ag或Au或者这些金属的粗糙表面上覆盖样品，来测其拉曼光谱，虽然可以增强样品拉曼光谱至1000倍，但是由于用来增强样品材料拉曼散射的衬底表面不光滑，不利于在其上均匀覆盖要增强的材料，因此用这种方法测量的结果不具有普遍性。
技术实现思路
是为了现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种增强拉曼效应的悬空衬底，它能够显著增强拉曼信号。本专利技术的目的之二是提供一种增强拉曼效应的悬空衬底的制备方法，它具有制备方法简单、操作性强的特点。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种增强拉曼效应的悬空衬底，包括纳米级厚度的悬空基片和沉积在所述悬空基片一侧的纳米级厚度的金属层，所述金属层上设置有周期性排列的通孔。优选条件下，所述悬空基片为氮化硅基片或氧化硅基片。优选条件下，所述金属层为贵金属层。优选条件下，所述贵金属层中的贵金属为银和/或金。优选条件下，所述悬空基片的厚度为5～30nm。优选条件下，所述贵金属层的厚度为30～100nm。优选条件下，所述通孔为圆形通孔。优选条件下，所述圆形通孔的半径为50～100nm。本专利技术第二方面提供一种所述的增强拉曼效应的悬空衬底的制备方法，包括以下步骤：(1)选择悬空基片；(2)通过溅射或者蒸镀法在悬空基片的一侧沉积金属层；(3)采用聚焦离子束技术在金属层的一侧上加工出周期性排列的通孔。优选条件下，在步骤(2)中，所述贵金属层的厚度为30～100nm。优选条件下，在步骤(3)中，所述聚焦离子束技术是以镓离子作为离子源，利用电透镜将镓离子束聚焦成非常小的离子束对样品表面进行轰击。本专利技术第三方面提供一种拉曼效应探测装置，包括激发光源、散射光精密探测器和基底，所述基底为所述的增强拉曼效应的悬空衬底。通过上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：(1)通过在悬空基片上镀一层纳米级厚度的金属，再利用聚焦离子束在金属层上加工周期穿孔阵列得到的衬底，方法简单，操作性强，成功率较高。(2)衬底表面光滑，可以通过旋涂、转移等方法均匀的铺上待测物质或者二维材料，可操作性强。(3)可根据激发波长设计金属穿孔结构的周期和孔的形状，在激发波长处实现表面等离激元的对称或反对称共振模式，此共振模式在衬底表面处可形成极强的电场强度分布，有效的提高电场与物质的相互作用，增强拉曼信号，便于拉曼光谱的检测，可应用于环境污染物、食品安全、生物及医疗检测等领域。附图说明图1是本专利技术的增强拉曼效应的悬空衬底的剖视图；图2是本专利技术的金属层周期性排列的穿孔结构的电镜照片；图3是在本专利技术的衬底铺上单层二硫化钼的剖视图；图4是在本专利技术的衬底铺上二硫化钼测得的拉曼光谱的对比示意图；图中标号说明：1悬空基片；2金属层；3通孔；4二硫化钼。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本申请中，悬空衬底由氮化硅悬空薄膜和用于支撑悬空氮化硅薄膜的硅组成，其中，氮化硅悬空薄膜可以从鸣纳(上海)信息科技发展有限公司购买TEM应用的悬空氮化硅薄膜窗口，膜厚5-50nm，可自由选择，规格为：SN100系列。如图1-2所示，本专利技术第一方面提供一种增强拉曼效应的悬空衬底，包括纳米级厚度的悬空基片和沉积在所述悬空基片一侧的纳米级厚度的金属层，所述金属层上设置有周期性排列的通孔。在金属层通孔阵列中可以激发的对称和反对称表面等离极化激元(SPPs),它使在氮化硅上形成极强的电场强度分布，这可以有效的增加激发光与待测物质的相互作用，增强拉曼发射信号。本专利技术中，所述悬空基片为悬空的透明基片，透明基片的厚度为5-30nm，进一步的，所述基片为氮化硅基片或氧化硅基片。通过设置金属层能够有效提高物质的拉曼效应，优选条件下，所述金属层为贵金属层，更具体的，所述贵金属层中的贵金属为银和/或金。本专利技术中，所述贵金属层的厚度为30～100nm。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述通孔为圆形通孔，进一步优选的，所述圆形通孔的半径为50～100nm，圆形通孔的周期可以根据拉曼激发光的波长进行调节，其目的是在激发波长处激发表面等离激元共振，该共振在透明基片另一侧具有极强的电场强度，可有效增加光与物质相互作用，增强拉曼信号强度。例如，当激发波长为532nm，圆形通孔的半径为80nm，贵金属层厚度50nm时，圆形通孔的周期为460nm。本专利技术第二方面提供一种所述的增强拉曼效应的悬空衬底的制备方法，包括以下步骤：(1)选择悬空基片；(2)通过溅射或者蒸镀法在悬空基片的一侧沉积金属层；(3)采用聚焦离子束技术在金属层的一侧上加工出周期性排列的通孔。优选条件下，在步骤(2)中，所述贵金属层的厚度为30～100nm。优选条件下，在步骤(3)中，所述聚焦离子束技术是以镓离子作为离子源，利用电透镜将镓离子束聚焦成非常小的离子束对样品表面进行轰击。本专利技术对激发光源和散射光精密探测器没有特殊的要求，可以为本领域普通技术人员所知。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述激发光源可以为532激光器，散射光精密探测器包括光谱仪和CCD。实施例1一种所述的增强拉曼效应的悬空衬底的制备方法，包括以下步骤：(1)选择一个20nm的氮化硅悬空基片；(2)通过溅射或蒸镀法在基片的一侧沉积金属层：用gatan溅射镀膜仪，型号：Model682,真空腔压强10-5Torr，Beamenergy7keV,左右腔电流300μA，溅射时间6分钟。(3)采用聚焦离子束技术在金属层的一侧上加工出周期性排列的通孔。聚焦粒子束加工的具体参数，电压：30kV，电流：20pA，放大倍数5万倍，穿孔半径100nm，周期460nm，深度为50nm，穿孔数量33×33个。...

【技术保护点】
1.一种增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，包括纳米级厚度的悬空基片和沉积在所述悬空基片一侧的纳米级厚度的金属层，所述金属层上设置有周期性排列的通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，包括纳米级厚度的悬空基片和沉积在所述悬空基片一侧的纳米级厚度的金属层，所述金属层上设置有周期性排列的通孔。


2.根据权利要求1所述的增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，所述悬空基片为氮化硅基片或氧化硅基片；
所述金属层为贵金属层。


3.根据权利要求2所述的增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，所述贵金属层中的贵金属为银和/或金。


4.根据权利要求3所述的增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，所述悬空基片的厚度为5～30nm；所述贵金属层的厚度为30～100nm。


5.根据权利要求1所述的增强拉曼效应的悬空衬底，其特征在于，所述通孔为圆形通孔。

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【专利技术属性】
技术研发人员：武山，冷庆，汪靖萱，张朋，
申请(专利权)人：阜阳师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34