[发明专利]一种半导体表面增强拉曼散射衬底

说明书

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及一种半导体表面增强拉曼散射衬底，包括基底、半导体层、第一导体侧壁、第二导体侧壁、第一绝缘体侧壁、第二绝缘体侧壁；半导体层置于基底上，第一导体侧壁、第二导体侧壁、第一绝缘体侧壁、第二绝缘体侧壁置于半导体层上的四周并围成凹槽。半导体层产生热后，在溶液中产生热泳现象，调控了贵金属颗粒与半导体层之间的耦合，从而使得贵金属颗粒/半导体层复合结构的表面增强拉曼散射因子更高。在本发明中，溶液中的热泳现象可以通过半导体层的温度和形貌进行调控，还可以通过施加在第一导体侧壁和第二导体侧壁之间的电压调控，调控手段简单，调控方便，在表面增强拉曼散射应用领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及一种半导体表面增强拉曼散射衬底。

背景技术

表面增强拉曼散射具有较高的检测灵敏度、极高的选择性，适用于无损检测，在分子水平给出物质的结构信息，受到研究人员的广泛关注，并被应用到化学和生物分析、电化学、表面科学、催化、化学和生物传感、痕量检测等多个领域。

传统表面增强拉曼散射衬底选用金、银、铜等材料，限制了表面增强拉曼散射技术的发展。研究者逐渐对非金属材料，特别是金属氧化物及半导体材料的表面增强拉曼散射特征进行研究，其中包括氧化镍、氧化钛、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化锌、氧化铜、硫化锌、氧化铜、氧化铝、氧化银等。研究者主要应用金属氧化物胶体或金属氧化物薄膜实现表面增强拉曼散射。例如，应用半导体氧化银胶体对青色素染料分子、吡啶等分子的拉曼信号进行增强，其中，针对青色素染料分子实现了10²左右的增强因子(Spectrochimica ActaA,1997年,53卷，1411-1417页)。金属氧化物的表面增强拉曼散射增强因子较小，普遍小于10³。半导体/贵金属复合衬底弥补了贵金属昂贵、应用面窄、半导体材料表面增强拉曼散射信号不灵敏等缺点，并且融合了两种材料的优点，是实现高灵敏度、高生物相容性、高稳定性的表面增强拉曼散射的重要方向。在现有半导体/贵金属表面增强拉曼散射衬底中，贵金属与半导体之间的间隙或耦合不容易调控，从而难以获得更高的表面增强拉曼散射因子。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种半导体表面增强拉曼散射衬底，包括基底、半导体层、第一导体侧壁、第二导体侧壁、第一绝缘体侧壁、第二绝缘体侧壁；半导体层置于基底上，第一导体侧壁、第二导体侧壁、第一绝缘体侧壁、第二绝缘体侧壁置于半导体层上的四周并围成凹槽，第一导体侧壁和第二导体侧壁相对设置，第一绝缘体侧壁和第二绝缘体侧壁相对设置。应用时，将贵金属颗粒与待测分子溶液滴落在凹槽内，其中贵金属颗粒表面已经被表面活性剂修饰过，用以链接待测分子；然后，通过第一导体侧壁和第二导体侧壁联通外电路，在半导体层中形成电流，该电流使得半导体层产生热，从而使得半导体层周围的温度升高。贵金属颗粒和待测分子溶液产生热泳现象，贵金属颗粒朝向半导体层运动，聚集在半导体层的表面，一方面，增加了贵金属颗粒的密度；另一方面，减小了贵金属颗粒与半导体层的距离，增强了贵金属颗粒与半导体层之间的耦合。这两方面均导致贵金属颗粒与半导体层附近的局域电磁场增强，从而提高了表面增强拉曼散射的增强因子。

更进一步地，基底为绝缘材料，绝缘材料可以为二氧化硅、陶瓷、云母，以隔离本发明的表面增强拉曼散射衬底与显微镜载物台。

更进一步地，第一导体侧壁和第二导体侧壁的材料为金属，金属可以为铜、金、银、铂，用以联通外电路。

更进一步地，第一绝缘体侧壁和第二绝缘体侧壁的材料为绝缘体，绝缘体的材料可以与基底的材料相同，绝缘体的材料可以为二氧化硅、陶瓷、云母等，用以电隔绝第一导体侧壁和第二导体侧壁。

更进一步地，半导体层的材料为金属氧化物。

更进一步地，金属氧化物为氧化锌、氧化钛、氧化铜、氧化银、三氧化二铁。