[发明专利]一种拉曼光谱测试探针及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种拉曼光谱测试探针及其制作方法。

背景技术

拉曼光谱是一种分子振动光谱，可以反映分子的特征结构。然而拉曼光谱信号通常很弱，其强度只有入射光强的10^-10。因此拉曼光谱的检测在具体的应用中，通常需要依靠某种增强效应来提高拉曼光谱强度。

SERS（Surface-Enhanced Raman Scattering表面增强拉曼散射）效应就是一种与粗糙表面相关的表面增强效应。将金、银、铜等金属进行表面粗糙化处理后，其表面分子的拉曼光谱信号可增强6个数量级。可见SERS效应可以大大增强表面分子的拉曼信号。但这种效应却只适用于粗糙表面，对于平滑单晶表面，其拉曼信号无法用SERS效应进行增强。

TERS（Tip-enhanced Raman spectroscopy针尖增强拉曼光谱）效应也是一种拉曼光谱的表面增强技术。它由扫描探针显微技术和拉曼光谱技术组合而成。TERS技术可以实现表面光滑的和不具备SERS活性的物质的研究，而且还可以获得很高的空间分辨率。然而由于TERS技术是扫描探针纤维技术和拉曼光谱技术的结合，它给TERS技术的研究带来了以下难点：（1）如何建立稳定的TERS系统；（2）如何得到尖端小，锥度小，表面光亮且无碳物种污染的高TERS活性针尖；（3）TERS检测过程中如何避免针尖不被污染；（4）入射实现激光光斑和TERS针尖的快速准确耦合等。这些难点给TERS技术的研究以及应用的推广带来很大的困难。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于TERS（针尖增强拉曼光谱）技术的拉曼光谱测试探针及其制作方法，结构简单，制作成本低，具有较大的探测总面积，与激光耦合更方便快捷。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种拉曼光谱测试探针，包括基片和阵列纳米金属立柱，所述基片测试表面为抛光面，阵列纳米金属立柱设于该抛光面上；所述阵列纳米金属立柱各立柱顶端为具有锥度的针尖结构。

进一步的，所述抛光面在最终使用的有效孔径范围内的面形达到λ/100以上。

进一步的，所述基片为多模光纤或光学玻璃。

进一步的，所述阵列纳米金属立柱材料为金、银或者铜。

上述拉曼光谱测试探针的制作方法，包括如下步骤：1）基片抛光，对基片测试表面进行抛光处理，在有效区域内面形达到λ/100以上；2）镀金属膜，在基片的抛光面上镀金属膜，金属膜厚度在100nm~500nm；3）刻制掩膜层，在金属膜上涂上一层掩膜层，并对掩膜层进行光刻处理形成掩膜阵列立柱结构；4）腐蚀金属膜，对金属膜层进行腐蚀加工，形成与掩膜层对应的阵列纳米金属立柱，通过控制工艺参数，如光刻胶掩膜层厚度或腐蚀液浓度等，使阵列纳米金属立柱各立柱顶端形成具有锥度的针尖结构；5）去除掩膜层，将剩余的掩膜层洗除。

进一步的，步骤3）中所述掩膜阵列立柱占空比在0.3~0.7。

进一步的，步骤2）中金属膜厚度在100nm~200nm。

进一步的，所述金属膜的材料为金、银或铜。

进一步的，所述基片为多模光纤或光学玻璃。

本发明的有益效果为：本发明基于TERS技术的拉曼光谱测试探针结构简单，相对于单个针尖的探针，其探测面积更大，与激光耦合更方面快捷；采用光刻掩膜及金属腐蚀工艺制作上述拉曼光谱测试探针，制作成本低，具针尖结构的阵列纳米金属立柱的形状易于控制，且分布规律。

附图说明

图1为本发明的拉曼光谱测试探针实施例一结构示意图；

图2为本发明的拉曼光谱测试探针实施例二结构示意图；

图3为本发明的拉曼光谱测试探针实施例一制作过程示意图；

图4为本发明的拉曼光谱测试探针实施例二制作过程示意图。

附图标记：1、阵列纳米金属立柱；101、金属膜；2、多模光纤基片；3、石英基片；4、掩膜阵列立柱；401、掩膜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明的基于TERS（针尖增强拉曼光谱）技术的拉曼光谱测试探针，包括基片和阵列纳米金属立柱，其中基片测试表面为抛光面，阵列纳米金属立柱设于该抛光面上；阵列纳米金属立柱各立柱顶端为具有锥度的针尖结构。