[發明專利]半導體表面增強拉曼散射的金剛石基底及其制備方法

在審

• 申請號: 201810875520.5
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109142313A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 李紅東;高瑩;王啟亮;高楠;劉鈞松;成紹恒
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;C23C16/27
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

本發明的半導體表面增強拉曼散射的金剛石基底及其制備方法，屬于拉曼散射信號增強的技術領域。金剛石基底的結構在硅片或金剛石的襯底表面生長有摻雜硼、氮、硫、磷、硫氮或磷氮等的金剛石膜。采用化學氣相沉積方法在襯底上沉積摻雜金剛石膜；制得的摻雜金剛石膜還可以進行表面功能化處理，獲得表面氫終止或氧終止的摻雜金剛石膜，以提高增強因子。本發明首次以金剛石材料作為一種新的半導體SERS基底，具有高靈敏度、穩定性、可重復性、以及具有良好生物兼容性；增強因子可達到10²?10⁵，并可用于多種不同的探針分子檢測。

技術領域

本發明屬于拉曼散射信號增強的技術領域，特別涉及一種半導體表面增強拉曼散射(SERS)的金剛石基底及其制備方法。

背景技術

表面增強拉曼散射(SERS)已成為檢測和識別化學和生物化合物的一種重要的靈敏分析技術，檢測靈敏度已經達到單分子水平。SERS的產生需要借助具有SERS活性的基底，自從SERS被發現以來，關于新型基底的制備及增強機理的研究一直是人們關注的熱點。目前，SERS產生主要包括電磁場激發等離激元共振激發和電荷轉移(化學增強機制)兩種機制，對于前一種基底，主要使用貴金屬(Au、Ag)、過渡金屬(Pt、Cu)納米顆粒等，這些金屬納米顆粒在電磁場的激發下電子會產生集體共振，即局域表面等離子體共振，導致金屬顆粒周圍的局域電磁場增強，使吸附在金屬顆粒表面的探針分子的拉曼散射信號增強，稱為電磁場增強SERS。半導體SERS機制即通過半導體材料與探針分子的電荷轉移過程，放大了分子的極化率，增強目標分子拉曼散射截面，達到SERS增強效果。已經報道過的半導體SERS基底材料有TiO₂、Fe₂O₃、ZnO、MoO₂、WO₃等氧化物半導體材料：非氧化物半導體材料，如，MoS₂等，還有單元素半導體材料，Si、Ge、等等，而且這些半導體材料多以納米結構為主。對于復合半導體材料，代表其SERS能力的參數增強因子(EF)可以達到10⁴～10⁵以上，單元素半導體EF較低，小于10²。

和本發明接近的現有技術是公開號為CN 102320550A的發明專利，名稱為“鍺基半導體的拉曼散射基底及其制備方案”，制備硅納米線陣列及鍺納米管陣列，修飾上Ge-H鍵，可以檢測出溶液中溶度為10^-6M的羅丹明6G分子。但是，利用鍺作為SERS基底的缺點是增強效果低，制備過程繁瑣，不利于規模化制備和應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種實現高靈敏度、穩定性、重現性、可回收性和通用性的SERS基底。

本發明的摻雜金剛石半導體SERS基底，摻雜可以是p型摻雜和n型摻雜，p型以硼(B)摻雜為主，n型摻雜包括氮(N)，磷(P)，硫(S)摻雜以及硫氮(S-N)、磷氮(P-N)共摻雜等。通過在摻雜金剛石引入合適的能級，在光激發作用下，這些共振能級與探針分子之間發生電荷轉移過程，增強目標分子拉曼散射截面，達到SERS增強效果。

摻雜金剛石膜SERS活性基底的具體技術方案如下。

一種半導體表面增強拉曼散射的金剛石基底，其特征在于，在硅片襯底、鈦片襯底或金剛石襯底表面生長有摻雜金剛石膜；所述的摻雜，是在金剛石膜內摻雜硼、氮、硫、磷、硫-氮或磷-氮等元素。

所述的金剛石襯底，可以是單晶或多晶金剛石顆粒，也可以是單晶或多晶金剛石膜。

所述的摻雜金剛石膜，優選表面氫終止、氧終止、氟終止、氯終止或OH終止的硼摻雜金剛石膜。即，半導體摻雜金剛石可以通過表面處理，獲得表面氫終止或氧終止的硼摻雜金剛石膜，以提高增強因子。