[发明专利]锗基半导体的拉曼散射增强基底及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及基于表面增强拉曼散射效应的纳米结构器件，特别涉及具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底，以及涉及这种基底的制备方法，和用这种基底进行溶液中罗丹明6G分子的检测。

背景技术

在目标分子表面增强拉曼光谱作为一种化学溶液中目标分子的痕量检测手段，自从被发现以来一直受到广泛的关注。表面增强拉曼散射效应(SERS)，通常需要检测基底中含有贵金属粒子(如金，银，铂)，在光场的激发下贵金属粒子中的传导电子会产生集体共振，即，表面等离子体共振(Surface Particle Plasmon Resonance)，从而导致贵金属粒子周围的局域电磁场增强，使吸附在贵金属粒子表面的目标分子的拉曼散射信号增强(Baohua Zhang，Haishui Wang，Lehui Lu，Kelong Ai，Guo Zhang，and Xiaoli Cheng，Adv.Funct.Mater.18，2348(2008).；Ming-liang Zhang，Chang-Qing Yi，Xia Fan，Kui-Qing Peng，Ning-Bew Wong，Meng-Su Yang，Rui-Qin，and Shuit-Tong Lee，Appl.Phys.Lett.92，043116(2008).)。而贵金属粒子对生物体的毒副作用，一直限制了表面增强拉曼散射技术在生物医药领域检测的应用。

在应用金属氧化物(如：砷化镓/砷化铟，三氧化二铁，三氧化二铝等)替代贵金属粒子制备表面具有增强拉曼散射效应的增强基底的报道中已经证明：利用金属氧化物与目标分子间的电荷转移过程，实现了增强目标分子拉曼散射截面，即增强目标分子拉曼散射信号的效果(Z.H.Sun，B.Zhao，John R.Lombardi，Appl.Phys.Lett.91，221106(2007)；Anthony Musumeci et a1.，J.Am.Chem.Soc.131，6040(2009).)。而半导体锗材料由于具有良好的生物兼容性，在生物医药领域的器件制备方面一直有着广泛的应用(Fang，J.Y.；Chu，P.K.Small.6，2080(2010))。因此，如果能够实现锗纳米结构与目标分子间的电荷转移过程，并应用锗纳米结构制备具有增强拉曼散射效应的活性基底将有望拓展SERS技术在生物医药领域中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底。

本发明的再一目的是提供一种制备具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底的方法。

本发明的还一目的是提供具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底的应用，用以实现增强目标分子拉曼散射信号。

本发明的具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底，是由分布在单晶硅基片表面垂直定向站立排列的表面修饰有大量Ge-H键的锗纳米管阵列构成。该基底是通过热蒸发的方法，在由化学刻蚀出的分布在单晶硅基片表面垂直定向站立排列的硅纳米线阵列的表面沉积上一层包覆在硅纳米线表面的锗薄膜，构成锗纳米管阵列，再在其表面修饰大量的Ge-H键，从而得到所述的所具有良好生物兼容性的锗基半导体的拉曼散射增强基底(如图3，图4所示)，且所述的基底中不含有任何对生物体有毒副作用的贵金属银；所述的锗纳米管的表面修饰有大量的Ge-H键。

所述的锗纳米管阵列中的锗纳米管的直径约为100nm～300nm，锗纳米管的长度约为20μm～40μm。

所述的锗纳米管为顶端封闭的多晶结构，在基片上定向排列。

本发明的锗基半导体的拉曼散射增强基底的制备方法包括以下步骤：

1)用化学刻蚀的方法，在单晶硅基片表面刻蚀出垂直定向站立排列的硅纳米线阵列；

i)将用氢氟酸浸泡过的单晶硅基片(目的是除去单晶硅基片表面的氧化膜)置于硝酸银溶液与氢氟酸的混合溶液中浸泡1～3分钟，其中混合溶液中硝酸银的浓度为5～10mmol/L，氢氟酸的浓度为4.8mol/L；