[發明專利]用于表面增強拉曼光譜的結構

在審

• 申請號: 201580079510.5
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN107567579A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: S·巴塞羅;葛寧;李智勇
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44;G01N21/65
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐紅燕,陳嵐

背景技術

表面增強拉曼光譜(SERS)是一種表面敏感技術，其通過吸附在粗糙金屬表面或納米結構上的分子來增強拉曼散射。

附圖說明

圖1-圖3圖示了SERS結構的示例，其中，十個金屬納米顆粒在單個圓錐形孔中聚集成兩層。

圖4-圖6圖示了SERS結構的示例，其中，五個金屬納米顆粒在多個方形基座的金字塔形孔中聚集成兩層。

圖7-圖9圖示了SERS結構的示例，其中，四個金屬納米顆粒在單個三角形基座的金字塔形孔中聚集成兩層。

圖10-圖12圖示了SERS結構的示例，其中，十個金屬納米顆粒在單個三角形基座的金字塔形孔中聚集成三層。

圖13-圖15圖示了SERS結構的示例，其中，十四個金屬納米顆粒在單個方形基座的金字塔形孔中聚集成三層。

圖16-圖23呈現了視圖序列，其圖示了用于制造SERS結構的工藝的一個示例，比如圖1-圖3、圖4-圖6、圖7-圖9、圖10-圖12和圖13-圖15中所示的SERS結構。

圖24是圖示了例如在圖16-圖23中所示的序列中實現的示例制造工藝的流程圖。

在整個附圖中，相同的部件標號表示相同或相似的部件。附圖不一定是按比例的。

具體實施方式

金屬納米顆粒結構可以為SERS提供實質的表面增強。然而，可靠地制造提供可重復的強表面增強的金屬納米顆粒結構可能會帶來困難的挑戰。本文所提供的新型金屬納米顆粒結構已經開發用于SERS，以幫助在不太難于制造的情況下提供可重復的強表面增強。在一個示例中，新的結構包括在硅或其它合適的SERS基底的表面中的孔中的金屬納米顆粒簇。本文檔中使用的納米顆?！按亍笔侵妇o密在一起的納米顆粒的三維組。(單層納米顆粒不是“簇”)。SERS結構可以包括具有聚集的納米顆粒的單個孔或者每個具有聚集的納米顆粒的孔陣列。在一個具體的實現中，孔是錐形的并且填充有納米顆粒簇，有較少的納米顆粒穿過孔的較窄部分——底部，而有較多的納米顆粒穿過孔的較寬部分——頂部。

通過將納米顆粒聚集在SERS基底的表面中的孔中形成的三維納米顆粒組裝在許多SERS應用中可以是可期望的，以提供耦合的納米顆粒的多個取向。當以光的偏振與納米顆粒的偶極軸對準的這樣方式光與相鄰的納米顆粒相互作用時，SERS增強得到了加強。多個偶極取向增加了入射光與納米顆粒簇有利地相互作用以獲得強SERS信號的潛力。

例如，通過用于半導體制造中的光刻掩模和蝕刻技術，這些孔可以形成在硅或其它合適的SERS基底中。在一個示例中，通過緩慢地拉動包含金屬納米顆粒的薄膜溶液穿過多孔基底的表面，允許納米顆粒自組裝成符合每個孔的形狀的簇。可以控制溶劑從溶液中蒸發的速率，使得納米顆粒優先組裝在孔中而不是組裝在孔周圍的表面區域上。

這里示出和描述的這些和其他示例說明而非限制在本說明書之后的權利要求中定義的專利的范圍。

圖1-圖3圖示出了用于SERS的結構10的一個示例。圖1的平面視圖圖示了在硅或其它合適的SERS基底14中有單個孔12的結構10。參見圖1-圖3，結構10包括孔12中的金屬納米顆粒18的簇16。在所示的示例中，孔12是以截圓錐型的錐形。相應的錐形簇16在孔12的較窄部分中包括較少的納米顆粒18，并且在孔12的較寬部分中具有更多的納米顆粒18。此外，在該示例中，孔12和納米顆粒18相對于彼此配置，使得總共十個納米顆粒18在兩層20、22中填充孔12——底層20中三個納米顆粒18以及頂層22中七個納米顆粒18。

當以光的偏振與納米顆粒的偶極軸對準的這樣方式光與相鄰的納米顆粒相互作用時，產生強的SERS增強。在一個示例中，由于難以在不過濾的情況下控制入射光的偏振，由諸如簇16之類的三維納米顆粒組裝提供的較大范圍的偶極取向可以增加入射光有利地與納米顆粒相互作用以產生強SERS信號的潛力。因此，納米顆粒簇16可以幫助減少表面增強對入射光的偏振/入射角的依賴性，從而允許更靈活的SERS結構設計，在該設計中激勵源要滿足的標準較少。此外，錐形孔12的側壁將入射光反射以一定角度反射到收集光學器件，而不是直接反射回收集光學器件中。采集光學器件通常與激勵路徑共享一些組件，并且因此，將濾波器用于去除較強的激光信號以更好地檢測較弱的拉曼信號。通過將激光信號反射離開收集光學器件可以減少濾光器的使用，從而允許更簡單且因而更便宜的收集光學器件。