[发明专利]一种制备表面增强拉曼光谱基底的方法及其基底

说明书

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼光谱技术领域，更具体地涉及一种制备表面增强拉曼光谱基底的方法及其基底。

背景技术

拉曼光谱是用来研究有效分子振动的一种光谱方法，是一种重要的分子光谱技术。根据不同物质分子因为它们化学成分和结构不同所表现出的拉曼光谱特性不同，研究人员则能由拉曼光谱获得分子的信息，进行鉴别与检测不同物质。拉曼散射是一种非弹性散射，其强度要比瑞利散射强度弱的多，因而常规的拉曼光谱在分析物质价态及组成时是非常不敏感的。

表面增强拉曼光谱(surface enhanced raman scattering，SERS)技术可同时实现单分子水平的检测和提供分子的指纹信息，可被用来分析物质组成。在表面增强拉曼光谱技术中，入射激光波长、激发强度和SERS基底对表面增强拉曼光谱的分析是三个至关重要的因素；在实验中所观测到的拉曼散射的极大增强主要来自金属纳米结构表面的局域电场增强，其次，拉曼增强还受拉曼活性分子的特殊电子共振和他们直接与金属表面接触的影响。因此，SERS基底的性能及其制备方法显得至关重要。

SERS基底的增强强度随二个金属粒子的距离的递减呈指数增加。在过去30多年中，为获得理想的SERS增强信号，人们研究了SERS基底上不同的纳米结构的调控作用，并用多种方法制备结构规整的金属纳米结构阵列。现有技术中主要包括在基片层上通过自组装电子束光刻，聚焦离子束光刻和纳米压印来制备结构规整的金属纳米结构阵列层，得到具有两层结构的SERS基底。但在SERS应用过程中，粒子间的距离甚至需要达到原子层的级别，才能够满足单分子SERS探测的需要。通过上述方法所获得的SERS基底的分辨率受到光刻的限制。这样利用光刻技术制备的SERS基底强度达不到最大限度的增强，灵敏度仍然无法满足实际的单分子SERS探测，也不能同时提供良好的灵敏度和稳定性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法同时提供良好的灵敏度和稳定性的问题，本发明旨在提供一种制备表面增强拉曼光谱基底的方法及其基底。

本发明提供一种制备表面增强拉曼光谱基底的方法，包括以下步骤：S1，提供基片层；S2，在所述基片层上通过蒸镀或溅射形成粘附层；S3，在所述粘附层上通过蒸镀或溅射形成金属薄膜层；S4，在所述金属薄膜层上通过蒸镀或溅射或化学气相沉积或薄膜湿法转移形成绝缘层；S5，在所述绝缘层上通过X射线干涉光刻形成金属纳米结构阵列层；其中，所述步骤S5包括以下子步骤：S51，在所述绝缘层上旋涂光刻胶；S52，在120-180℃下蒸发所述光刻胶中的水分以提高所述光刻胶的灵敏度；S53，X射线干涉曝光以在绝缘层上形成有序纳米结构的表面；S54，用显影液显影去掉所述光刻胶上被曝光的部分；S55，固化显影后的光刻胶，提高图形分辨率；S56，在有序纳米结构的表面沉积金属薄膜层；以及S57，去除多余的金属和光刻胶，从而形成金属纳米结构阵列层。

在所述步骤S1中，基片通过氧气等离子体轰击以去除基片表面有机物形成所述基片层。

所述基片以超声波进行表面清洗，然后在烘干后用氧气等离子体轰击。

所述超声波频率为20～50Hz，氧气流量为1～25sccm，等离子体功率为30～100W。

所述步骤S5包括以下子步骤：S51，在所述绝缘层上旋涂光刻胶；S52，在120-180℃下蒸发所述光刻胶中的水分以提高所述光刻胶的灵敏度；S53，X射线干涉曝光以在绝缘层上形成有序纳米结构的表面；S54，用显影液显影去掉所述光刻胶上被曝光的部分；S55，固化显影后的光刻胶，提高图形分辨率；以及S56，在有序纳米结构的表面沉积金属薄膜层，从而形成金属纳米结构阵列层。

所述光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或者氢倍半硅氧烷。

所述蒸镀为热蒸镀，或者所述溅射为磁控溅射、电子溅射或离子溅射。

本发明提供一种表面增强拉曼光谱基底，包括依次设置的基片层、粘附层、金属薄膜层、绝缘层和金属纳米结构阵列层。

所述粘附层的材料为铬或钛。

所述金属薄膜层的材料为金、银或铜。

所述绝缘层的材料为二氧化硅、二氧化钛或氧化铝。

所述金属纳米结构阵列层的材料为金、银或铜。

所述基片层的材料为单晶硅、多晶硅、二氧化硅或玻璃。