[發明專利]石墨烯金屬共形納米探針增強拉曼紅外雙光譜器件及制備方法

有效

• 申請號: 201711475754.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108254353B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 韋瑋;農金鵬;蘭桂蓮;陳娜;蔣漢斌;駱鵬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/35
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.石墨烯金屬共形納米探針增強拉曼紅外雙光譜器件，其特征在于：所述器件包括自下而上依次設置的襯底、金屬納米探針、電介質層、石墨烯納米探針、源極及漏極金屬電極；

所述金屬納米探針，同時作為金屬背電極位于襯底上；

所述電介質層，位于所述金屬納米探針上；

所述石墨烯納米探針，位于電介質層上；

所述金屬納米探針與石墨烯納米探針之間夾著電介質層，所述金屬納米探針和石墨烯納米探針具有相同的幾何形狀和結構參數，但金屬層和石墨烯的厚度不同；

所述源極和漏極，沉積在石墨烯上，源極和漏極通過石墨烯導通；

所述石墨烯納米探針在紅外光波激發下產生表面等離激元，從而在石墨烯納米探針邊緣處產生強局域電場，進一步通過在石墨烯納米探針和金屬納米探針之間施加外部電壓，對石墨烯的表面電導率進行調節，從而實現對石墨烯納米探針的表面等離激元諧振峰進行動態調節，當石墨烯納米探針的等離子體諧振頻率調諧到與待檢測物質的分子振動頻率相同時，極大增強待測分子的紅外光譜信號；

所述的金屬納米探針在可見光波激發下產生局域表面等離激元，從而在金屬納米探針針尖處產生強局域電場，增強待測分子的拉曼散射信號；

在所述石墨烯納米探針和金屬納米探針之間施加外部電壓范圍為-150~150V，對石墨烯納米探針的表面等離激元諧振峰在5~16μm紅外范圍內進行動態調節。

2.根據權利要求1所述的增強拉曼紅外雙光譜器件，其特征在于：所述金屬納米探針和石墨烯納米探針具有相同的幾何形狀和結構參數，通過對石墨烯層/電介質層/金屬薄膜三層結構加工成相同形狀的通孔結構而得到，所述通孔結構的孔徑和周期范圍為10~1000nm。

3.根據權利要求2所述的增強拉曼紅外雙光譜器件，其特征在于：所述金屬納米探針和石墨烯納米探針的形狀為蝴蝶結形或天線形。

4.根據權利要求3所述的增強拉曼紅外雙光譜器件，其特征在于：所述蝴蝶結形包括雙蝴蝶結形、反蝴蝶結形；所述天線形包括反天線形、梳狀天線陣列形。

5.根據權利要求1-4任一項所述的增強拉曼紅外雙光譜器件，其特征在于：所述電介質層的厚度范圍為5~300nm，用于阻隔石墨烯納米探針和金屬納米探針的直接接觸；所述的電介質層的材料為紅外透明材料，選自：Al₂O₃，KBr，MgF₂，CaF₂，BaF₂，AgCl，ZnSe，SiO₂，類金剛石碳膜。

6.權利要求1-5任一項所述的增強拉曼紅外雙光譜器件的制備方法，包括以下步驟：

（1）在襯底上沉積一層金屬背電極層，作為柵極；

（2）在金屬背電極上制備電介質作為電介質層；

（3）制備石墨烯薄膜，并將石墨烯轉移到上述制備得到的金屬/電介質基底上，得到石墨烯/電介質/金屬三層薄膜結構；

（5）將石墨烯/電介質/金屬三層薄膜結構制備成相同形狀結構的金屬、石墨烯納米探針；

（6）在石墨烯上制備金屬接觸歐姆電極，形成源極和漏極。

7.根據權利要求6所述的增強拉曼紅外雙光譜器件的制備方法，其特征在于：所述石墨烯納米探針的層數為1~10層，多層結構通過直接生長多層石墨烯或多次轉移方式實現，金屬層的厚度為2~200nm。

8.根據權利要求6所述的增強拉曼紅外雙光譜器件的制備方法，其特征在于：所述金屬納米探針和石墨烯納米探針是通過聚焦離子束直寫、電子束光刻結合等離子體刻蝕方法對石墨烯/電介質/金屬三層薄膜結構加工成通孔結構而得到。