[发明专利]一种基于金属-介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料学、激光拉曼和生物化学分析检测领域，提供了一种基于金属‑介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底及其制备方法。该方法包括底层网状金属膜层制备、中间介质层制备、表面增强拉曼活性基底制备、拉曼信号检测等四个步骤，通过磁控溅射沉积法沉积金属膜层，再通过退火形成网状金属膜层结构，然后在网状金属膜层上溅射沉积介质层，最后在介质层上再溅射沉积金属膜层并退火而最终获得所述的表面增强拉曼活性基底。本发明低成本、简单易操作、重复性高、可大面积制备、稳定性强、拉曼散射增强显著。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼活性基底，具体涉及一种基于金属-介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底及其制备方法。

背景技术

1927年，拉曼效应被发现；1974年，Fleischmann等率先发现粗糙银电极的表面增强拉曼散射效应；1977年，Duyne等和Albrecht等分别证实贵金属基底的纳米结构化特征是导致拉曼信号急剧增强的原因；1997年，Emory和Nie等研究组分别利用表面增强拉曼散射效应实现了单分子的检测。因此，基于表面增强拉曼散射建立起来的光谱技术具有超高的灵敏度和分子指纹能力，在痕量分析、单分子检测、纳米材料、化学工业、环境科学、生物医学以及传感等方面的研究得到了广泛的应用。

表面增强拉曼散射主要依赖于基底的结构特征，如组成、几何、大小和形状等。理论研究表明，由于局域表面等离激元的激发，在金属纳米颗粒的尖端、连接点或空隙中以及粗糙的金属表面会出现强的电磁场(即热点)，吸附在这些位置的分子的拉曼信号将得到8～10个数量级的增强。但表面增强拉曼活性基底的制备一直采用复杂的方法，如电子束蚀刻、离子束蚀刻或模板蚀刻等制备，蚀刻技术制备的基底具有可重复性高、拉曼增强效果显著，但制备成本很高、仪器操作复杂、制备时间过长。而离散的局域等离激元结构虽能提供强的拉曼增强，但重复性有待加强。结合自组装法和其它技术，可制备等离激元-光子复合结构，能够结余成本，但拉曼信号有待增强。

市场上亟需一种将金属等离激元结构和介质特备是高折射纳米结构结合的低成本的、标准化程度高的、适于工业化生产的表面拉曼增强型拉曼基体，用于材料表面结构的常规检测或基础研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属-介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底及其制备方法，解决现有技术制备的表面增强拉曼散射基底灵敏度低、制备工艺复杂、成本高且信号均一性差的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出的一种基于金属-介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底，其特征在于：包括衬底，以及依次设置于衬底之上的底层金属膜层、中间介质层和顶层金属膜层；所述底层金属膜层为网状金属膜层，所述顶层金属膜层为网状金属膜层。

优选的，所述金属膜层的组成材料为金、银、铜、铂或钯等。所述中间介质层的厚度为1～30nm，组成材料为硅、二氧化硅或二氧化钛等。所述衬底为硅片。

优选的，所述网状金属膜层的网孔大小为50～100nm，网格线粗为50nm。

优选的，所述金属纳米颗粒层中金属纳米颗粒的粒径为20～50nm。

优选的，所述金属纳米颗粒层中金属纳米颗粒间间隙平均值小于10nm。

本发明提出的一种基于金属-介质复合等离激元共振结构的表面增强拉曼活性基底的制备方法，包括以下步骤：

(1)底层金属膜层的制备

利用磁控溅射仪，将金属材料(金属材料为金、银、铜、铂或钯等)镀在洁净的硅片上，然后在190～220℃的温度下退火，形成底层金属膜层，即得到覆盖有底层金属膜层的硅片；

(2)中间介质层的制备