[发明专利]一种基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱(SERS)是20世纪70年代在经过电化学处理的粗糙的银电极上首次被发现的，并在拉曼散射强度方面展现了数百倍的增强效果。由于在传感器的应用上具有超高的灵敏度，SERS的发现对光谱学和表面科学产生了相当大的影响。SERS在本质上是基于纳米结构而产生的，并且拉曼散射的强度主要依赖于纳米尺度上的形状、尺寸以及粒子间的间隙。一般来说,在粗糙银电极上产生强烈的拉曼散射信号是由于表面局域电场增强而产生的。然而，尽管有极大的增强效应，由于能够产生很高的分子灵敏度的金属基底具有不可重复性和大面积不均匀性，这极大的限制了SERS的应用。因此，能够制备出可重复的和大面积均匀的SERS基底是至关重要的。而且，拉曼光谱的重复性主要是由衬底的均匀性和一致性决定的，这样就可以通过精确控制纳米结构的尺寸、形状以及间隙来调控表面增强拉曼效应。

在众多的纳米结构和材料中，阳极氧化铝模板(AAO)由于其具有大面积有序的六角蜂窝状结构已经在SERS上得到了广泛的应用。例如，K.Malek等人研究了镀银之后的AAO模板(Ag/Al₂O₃)以及经过二次氧化完之后去除了氧化铝层的模板(Ag/Al)作为SERS基底的可能性和性质。结果每一种基底在检测Rd的拉曼信号上都有很好的可重复性和较好的增强效果，其1×10^-6M的探测极限已经很接近银溶胶的探测极限1×10^-7M。在早期的工作中，借助AAO模板制备的周期性排布的银纳米凹槽的阵列来作为SERS的基底，产生了很好的拉曼增强效果，人们将这种纳米凹槽的结构称之为spheresegmentvoid(SSV)纳米结构。此外，X.Lang等人已经证明了SSV纳米结构有以下几个优势：(1)有序的等离子体纳米结构可以大面积制备；(2)由于AAO底部障碍层的保护，此种结构具有很好的稳定性。更重要的是，S.Mahajan等人和L.Cui等人已经证实了可以通过修饰SSV纳米结构的几何结构使得SERS在近红外(NIR)或者紫外(UV)光下得以应用。使用这种SSV纳米结构的衬底，大量的等离子体可以被捕获进而产生显著增强的电磁场，以此能够极大的增强拉曼效应。然而，这种SSV的纳米结构的制备一般来说是很复杂的而且我们已知的探测极限是1×10^-8M。因此，SSV纳米结构的尺寸和曲率等应该被更精确的控制和调整。

发明内容

本发明实施例提供一种基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法，以使制备的活性衬底具有极高的SERS增强和灵敏度，制备工艺简单，重复性好。

为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法，所述基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法包括：

制备阳极氧化铝AAO模板；

将AAO模板转移至清洗后的硅片上；

将硅片样品转移至快速热处理炉RTP腔体中进行退火，高温去除AAO孔里的聚苯乙烯PS；

将硅片样品转移至离子刻蚀反应腔的真空腔体中，通入源气体氩气进行刻蚀，形成有序的纳米碗状阵列结构；

将形成纳米碗状阵列结构的硅片样品于所述离子刻蚀反应腔中取出，通过热蒸发镀膜系统在所述纳米结构的表面再热蒸镀预置厚度的银膜，即得到表面拉曼增强活性基底。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述基于离子刻蚀制备表面拉曼增强活性基底的方法包括：通过二次氧化的方法制备的阳极氧化铝模板(AAO)在不去除障碍层的情况下被转移到被清洗过的硅片上，再将硅片放入离子刻蚀腔体中，设置好刻蚀参数，使AAO的孔壁被完全的刻蚀掉，形成大面积有序的纳米碗状阵列结构，将形成纳米碗状阵列结构的硅片于所述离子刻蚀腔中取出，通过热蒸发镀膜系统在所述结构的表面热蒸镀预置厚度的银膜，即得到表面拉曼增强活性基底的技术手段，所以达到了如下的技术效果：(1)制备工艺简单，可快速制备出凹槽状纳米结构来作为SERS基底。(2)制备生成的纳米碗装阵列结构由于AAO底部障碍层的保护作为SERS基底具有更好的稳定性。(3)制备出的SERS基底具有均匀，重复性好，灵敏度高等优点，满足理论研究和商业化应用的需要。

附图说明