[發明專利]一種基于黑硅的表面增強拉曼光譜基底制備方法

在審

• 申請號: 202210914489.8
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115287606A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 張書耀;張普;張笑墨;朱香平;王博;任文貞;趙衛;白晉濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/26;C23C14/16;C23C14/02;C23C14/58;G01N21/65;B23K26/38;B23K26/402
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明涉及一種光學材料制備方法，具體涉及一種基于黑硅的表面增強拉曼光譜基底制備方法，以解決現有技術通常都涉及較為復雜的材料合成以及加工工藝，難以實現短時間內大規模制備的技術問題。該制備方法，包括以下步驟：S1.1在SF₆氛圍中，通過飛秒激光進行輻照，獲得黑硅；將黑硅通過激光切割為黑硅切片；S1.2通過蒸發鍍膜的方式，在黑硅切片表面沉積不同厚度的貴金屬薄膜，獲得黑硅基底；將多片黑硅基底分別浸入到不同濃度的4?MBA標準乙醇溶液中，然后取出并干燥；采集各黑硅基底表面的拉曼光譜，以拉曼光譜中4?MBA分子特征峰峰值最大值對應的黑硅基底表面貴金屬薄膜厚度，作為貴金屬薄膜的最優厚度；S2制備表面增強拉曼光譜基底。

技術領域

本發明涉及一種光學材料的制備方法，具體涉及一種基于黑硅的表面增強拉曼光譜基底制備方法。

背景技術

拉曼光譜技術具有抗干擾能力強、制樣簡單、可測光譜范圍寬、易于探測微量樣品等優勢，是近年來檢測、鑒別痕量物質的重要研究方向。但是，傳統的拉曼散射信號較弱，檢測靈敏度較低，在應用方面受到較大限制。1974年，Fleischmann及其合作者在測量吸附于粗糙Ag薄膜電極表面的吡啶分子的拉曼散射光譜時，發現拉曼散射信號得到了明顯增強。1977年，an Duyne等初步揭示了表面增強拉曼散射現象的增強機理：(1)以局域表面等離子體共振為主要原理的電磁場增強；(2)以化學吸附作用和粒子間的電荷轉移等為基本原理的化學增強。自此表面增強拉曼光譜技術正以其優越的性能成為近年來痕量檢測的主流手段。

20世紀末期，Jansen所在課題組首次利用反應離子刻蝕硅襯底的方法在SF₆和O₂的混合環境中制備出了黑硅材料，這種黑硅表面形成了高度可達到10μm以上且直徑小于1μm的納米細針陣列結構，隨后又產生了電化學刻蝕、氣相化學刻蝕、金屬輔助化學刻蝕、等離子體浸沒刻蝕等眾多的方法來制備黑硅，并在其表面得到了形態各異的微納結構。1998年前后，哈佛大學的Mazur教授課題組利用飛秒激光輻照SF₆氣氛中的硅，在黑硅中引入硫元素，拓寬了黑硅材料的應用范圍。利用黑硅材料的周期性陣列結構，我們可以制備二維黑硅SERS基底，中國專利CN201610028885公開了“一種在硅基‘Y’型通道內部加工黑硅結構的微流控芯片”，并在尖峰微結構表面實現銀納米粒子的原位化學生長制備成黑硅SERS基底(Surface Enhanced Raman Spectroscopy,簡寫為SERS，即表面增強拉曼光譜)；中國專利CN 201910357477公開了“一種基于低能等離子體浸沒離子注入制備黑硅的黑硅SERS基底”，但該方法制備出的基底表面微結構損傷程度較為嚴重。

目前關于黑硅SERS基底制備的很多研究都涉及較為復雜的材料合成以及加工工藝，大規模制備與商用在短時間內無法實現。因此設計一種工藝相對簡單，增強效果明顯的黑硅SERS基底具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中，關于黑硅SERS基底制備的研究通常都涉及較為復雜的材料合成以及加工工藝，難以實現短時間內大規模制備的技術問題，而提供一種基于黑硅的表面增強拉曼光譜基底制備方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種基于黑硅的表面增強拉曼光譜基底制備方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

S1確定貴金屬薄膜最優厚度

S1.1在SF₆氛圍中，通過飛秒激光在硅晶圓表面以S形運動軌跡進行輻照，獲得黑硅；將黑硅通過激光切割為黑硅切片；

S1.2通過蒸發鍍膜的方式，在黑硅切片表面沉積不同厚度的貴金屬薄膜，獲得黑硅基底；將多片黑硅基底分別浸入到不同濃度的4-MBA標準乙醇溶液中，然后取出并干燥；采集各黑硅基底表面的拉曼光譜，以拉曼光譜中4-MBA分子特征峰峰值最大值對應的黑硅基底表面貴金屬薄膜厚度，作為貴金屬薄膜的最優厚度；