亞微米金屬超結(jié)構(gòu)的微細(xì)加工制備與應(yīng)用.pdf

1、亞微米金屬結(jié)構(gòu)在可見(jiàn)至紅外段均具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，利用其光學(xué)特性的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)和表面增強(qiáng)紅外吸收(SEIRA)極大地拓展了拉曼與紅外光譜的應(yīng)用范圍。如何簡(jiǎn)單、高效地制備受控的亞微米金屬結(jié)構(gòu)，一直是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的化學(xué)合成手段具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，但所得金屬結(jié)構(gòu)在形貌、尺寸和空間分布上存在較大的隨機(jī)性;強(qiáng)大的電子束光刻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)形貌的高度控制，但昂貴的設(shè)備、極低的生產(chǎn)率限制了其應(yīng)用范圍。深紫外光刻作為傳統(tǒng)

2、的光刻加工手段，具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)。然而在通常條件下，深紫外光刻很難有效加工亞微米金屬結(jié)構(gòu)。本論文嘗試將深紫外光刻與電沉積、干涉曝光以及各向同性濕法刻蝕相結(jié)合，制備亞微米金屬超結(jié)構(gòu)陣列，并用于SERS與SEIRA研究。
　　電沉積是制備金屬納米結(jié)構(gòu)的有效手段。本論文利用深紫外光刻集合模板輔助電沉積技術(shù)，在鍍金玻璃上制備了大面積、分布均勻的Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)陣列，并探索了Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)形貌與工藝參數(shù)之間的變化規(guī)律;結(jié)合有限元數(shù)值模

3、擬，解析了Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理與調(diào)控方法;通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，得到“熱點(diǎn)”豐富的Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)陣列;將其用作SERS基底，實(shí)現(xiàn)了對(duì)4-ATP分子良好的拉曼增強(qiáng)效果以及測(cè)試重現(xiàn)性。Raman mapping實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)陣列可應(yīng)用于SERS研究。
　　亞硝酸鹽是自然界中廣泛存在的一種含氮無(wú)機(jī)鹽，是食品環(huán)境領(lǐng)域關(guān)注的對(duì)象。本論文利用自制的Ag納米樹(shù)超結(jié)構(gòu)陣列作為SERS基底，結(jié)合大孔徑物鏡，實(shí)現(xiàn)水溶液中亞硝酸鹽的

4、直接SERS測(cè)定。根據(jù)亞硝酸鹽的817 cm-1特征拉曼峰，嘗試了對(duì)其進(jìn)行定量拉曼測(cè)試，為水中亞硝酸鹽的定量測(cè)試提供了一種新的手段。
　　紅外光譜所對(duì)應(yīng)的光子能量段直接反映分子的結(jié)構(gòu)信息。而SEIRA與SERS相同，均需借助亞微米金屬結(jié)構(gòu)作為基底，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)吸收。本論文在常規(guī)的深紫外光刻中引入干涉曝光，借助簡(jiǎn)單的圓孔掩模版，通過(guò)菲涅耳衍射，一步曝光制備亞微米同心環(huán)結(jié)構(gòu)陣列，突破了原有工藝的分辨率;基于角譜傳輸理論，對(duì)同心圓結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

5、機(jī)理以及變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，并在多種基底上制備了大面積的亞微米同心環(huán)結(jié)構(gòu)陣列;借助恒電勢(shì)電沉積Au納米顆粒的方法，在導(dǎo)電玻璃(ITO)上得到Au構(gòu)成的亞微米同心環(huán)陣列。這種亞微米同心環(huán)陣列理論上具有特殊的紅外吸收響應(yīng)，可用于SEIRA研究。
　　另外，為了在較大的工藝寬容度下實(shí)現(xiàn)亞微米金屬結(jié)構(gòu)陣列，本論文探索了利用各向同性濕法刻蝕的刻蝕展寬，結(jié)合適當(dāng)?shù)慕饘馘兡すに?，制備了?0～800 nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的金屬環(huán)隙結(jié)構(gòu)陣列;材