[發明專利]用于表面增強拉曼光譜法的寬帶結構

無效

• 申請號: 200980158045.9
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN102348966A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 李智勇;胡敏
• 申請（專利權）人: 惠普開發有限公司
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

政府權益聲明

本發明依據合同No.HR0011-09-3-0002而在政府支持下完成，獲得國防高級研究計劃局的獎勵。政府在本發明中具有特定權利。

背景技術

本公開內容總體上涉及用于表面增強拉曼光譜法的寬帶結構。

拉曼光譜法用于研究在單色光與分子相互作用時在分子能量狀態之間的躍遷，其中單色光與分子的相互作用導致光子能量轉移或散射。能量轉移提供了在分子系統中的振動能量間隔的信息。表面增強拉曼光譜法(SERS)借助于在例如粗糙金屬表面或金屬納米粒子聚集體上所吸收的分子來增強拉曼散射。拉曼信號增強通常涉及由于局部表面等離子體共振(plasmon?resonance)而在金屬表面附近產生的大電場。然而，SERS信號極度依賴于激發光的波長。為了實現較大的拉曼增強因子，可以將激發光的波長調諧至緊密接近金屬納米粒子的表面等離子體共振。

附圖說明

通過參考以下詳細說明以及附圖，本公開內容的實施例的特征和優點將會變得明顯，在附圖中，類似的附圖標記對應于類似的、盡管可能并不相同的組件。為了簡單起見，具有之前已經描述過的功能的附圖標記或特征可能或可能不結合出現它們的其它附圖進行描述。

圖1是具有弧形介電層的寬帶SERS結構的一個實施例的示意性截面視圖；

圖2是具有臺階形介電層的寬帶SERS結構的另一個實施例的示意性截面視圖；

圖3是具有金字塔形介電層的寬帶SERS結構的另一個實施例的示意性截面視圖；

圖4A至4G是示意性截面視圖，它們共同示出了用于形成具有弧形介電層的寬帶SERS結構的一個實施例的方法的實施例；

圖5A至5F是示意性截面視圖，它們共同示出了用于形成寬帶SERS結構的實施例的方法的另一實施例；以及

圖6是流程圖，描繪了用于形成具有金字塔形介電層或臺階形介電層的寬帶SERS結構的一個實施例的方法的實施例。

具體實施方式

本文公開的SERS結構的實施例實現了對于金屬納米結構在寬電磁頻譜(例如，從近紫外(UV)至近紅外(IR))上的等離子體共振的系統控制。可變的等離子體共振使用單個設備在許多激發波長上提供了均勻的SERS增強。由此，本文所公開的結構與包括單個類型的等離子體共振納米結構的結構相比具有優勢，其中，所述包括單個類型的等離子體共振納米結構的結構往往極度依賴于所使用的激發波長。此外，可以相信，本文所公開的SERS結構的寬帶響應有利地消除了在一些波長處的低效拉曼響應。

現在同時參考圖1、2和3，其分別示出了寬帶結構10、10’、10”的各個實施例。結構10、10’、10”中的每個均包括襯底12，其具有設置在其上的金屬層14。襯底12通常由任何合適的材料形成。在一個實施例中，襯底12由介電材料構成。合適的襯底材料的非限定性實例包括絕緣體(例如，玻璃、石英、陶瓷(例如，氧化鋁)，等等)、聚合材料(例如，聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸樹脂，等等)或半導體(例如，硅、InP、GaAs、InAs、In_xGa_1-xAs_yP_1-y(其中，0＜x＜1，0＜y＜1))、絕緣體上硅(SOI)襯底、或SOI襯底上的硅上的III-V族半導體。

金屬層14通常從金、銀、銅、鋁或其各種合金和混合物中選出。可以相信，金可能尤其有利于增強結構10、10’、10”的穩定性。金屬層14可以使用任何合適的方法來沉積，這些方法包括化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍，等等。金屬層14可以具有任何期望的厚度。在一個實施例中，該厚度從約50nm至約100nm。可以期望的是，該厚度為幾十個納米。

每個結構10、10’、10”還包括介電材料16，在制造期間，介電材料16被圖案化、固化或蝕刻，以形成具有期望的形狀和變化的厚度t的介電層16_A、16_S、16_P。該形狀可以是導致在金屬層14與設置在介電層16_A、16_S、16_P上的兩個或更多個納米結構18之間的可變間隔的任何期望形狀。這種形狀的非限制性實例包括弧形(見圖1)或半球形、多臺階形(見圖2)、或金字塔形(見圖3)。例如，可以使用其它合適的形狀，諸如三角形，在所述三角形中，介電層的表面(該實施例并未示出)具有相對于金屬層14的表面的預定斜度。