[发明专利]一种基于黑硅的表面增强拉曼光谱基底制备方法

说明书

本发明涉及一种光学材料制备方法，具体涉及一种基于黑硅的表面增强拉曼光谱基底制备方法，以解决现有技术通常都涉及较为复杂的材料合成以及加工工艺，难以实现短时间内大规模制备的技术问题。该制备方法，包括以下步骤：S1.1在SF₆氛围中，通过飞秒激光进行辐照，获得黑硅；将黑硅通过激光切割为黑硅切片；S1.2通过蒸发镀膜的方式，在黑硅切片表面沉积不同厚度的贵金属薄膜，获得黑硅基底；将多片黑硅基底分别浸入到不同浓度的4‑MBA标准乙醇溶液中，然后取出并干燥；采集各黑硅基底表面的拉曼光谱，以拉曼光谱中4‑MBA分子特征峰峰值最大值对应的黑硅基底表面贵金属薄膜厚度，作为贵金属薄膜的最优厚度；S2制备表面增强拉曼光谱基底。

技术领域

本发明涉及一种光学材料的制备方法，具体涉及一种基于黑硅的表面增强拉曼光谱基底制备方法。

背景技术

拉曼光谱技术具有抗干扰能力强、制样简单、可测光谱范围宽、易于探测微量样品等优势，是近年来检测、鉴别痕量物质的重要研究方向。但是，传统的拉曼散射信号较弱，检测灵敏度较低，在应用方面受到较大限制。1974年，Fleischmann及其合作者在测量吸附于粗糙Ag薄膜电极表面的吡啶分子的拉曼散射光谱时，发现拉曼散射信号得到了明显增强。1977年，an Duyne等初步揭示了表面增强拉曼散射现象的增强机理：(1)以局域表面等离子体共振为主要原理的电磁场增强；(2)以化学吸附作用和粒子间的电荷转移等为基本原理的化学增强。自此表面增强拉曼光谱技术正以其优越的性能成为近年来痕量检测的主流手段。

20世纪末期，Jansen所在课题组首次利用反应离子刻蚀硅衬底的方法在SF₆和O₂的混合环境中制备出了黑硅材料，这种黑硅表面形成了高度可达到10μm以上且直径小于1μm的纳米细针阵列结构，随后又产生了电化学刻蚀、气相化学刻蚀、金属辅助化学刻蚀、等离子体浸没刻蚀等众多的方法来制备黑硅，并在其表面得到了形态各异的微纳结构。1998年前后，哈佛大学的Mazur教授课题组利用飞秒激光辐照SF₆气氛中的硅，在黑硅中引入硫元素，拓宽了黑硅材料的应用范围。利用黑硅材料的周期性阵列结构，我们可以制备二维黑硅SERS基底，中国专利CN201610028885公开了“一种在硅基‘Y’型通道内部加工黑硅结构的微流控芯片”，并在尖峰微结构表面实现银纳米粒子的原位化学生长制备成黑硅SERS基底(Surface Enhanced Raman Spectroscopy,简写为SERS，即表面增强拉曼光谱)；中国专利CN 201910357477公开了“一种基于低能等离子体浸没离子注入制备黑硅的黑硅SERS基底”，但该方法制备出的基底表面微结构损伤程度较为严重。

目前关于黑硅SERS基底制备的很多研究都涉及较为复杂的材料合成以及加工工艺，大规模制备与商用在短时间内无法实现。因此设计一种工艺相对简单，增强效果明显的黑硅SERS基底具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中，关于黑硅SERS基底制备的研究通常都涉及较为复杂的材料合成以及加工工艺，难以实现短时间内大规模制备的技术问题，而提供一种基于黑硅的表面增强拉曼光谱基底制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于黑硅的表面增强拉曼光谱基底制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1确定贵金属薄膜最优厚度

S1.1在SF₆氛围中，通过飞秒激光在硅晶圆表面以S形运动轨迹进行辐照，获得黑硅；将黑硅通过激光切割为黑硅切片；

S1.2通过蒸发镀膜的方式，在黑硅切片表面沉积不同厚度的贵金属薄膜，获得黑硅基底；将多片黑硅基底分别浸入到不同浓度的4-MBA标准乙醇溶液中，然后取出并干燥；采集各黑硅基底表面的拉曼光谱，以拉曼光谱中4-MBA分子特征峰峰值最大值对应的黑硅基底表面贵金属薄膜厚度，作为贵金属薄膜的最优厚度；