基于NSL技术的纳米结构阵列工艺制备与SERS增强研究

摘要

由于表面等离子体共振效应，金属纳米结构阵列表现出强烈的表面增强拉曼散射(SERS)效应，进而有望用于物质分子的高灵敏即时检测。目前对增强机理的研究还比较欠缺，本文基于纳米球光刻(NSL)技术，从纳尖端和纳间隙的角度制备了三种金属纳米结构阵列，以分析其电磁学和SERS特性。主要工作如下：
　　1、通过PS球旋涂、ICP预刻蚀、垂直蒸镀、PS球去除等工艺制备了银三角锥纳米结构阵列，并分析了其形成机理。利用时域有限差分算法(FDTD)仿真了基底的电磁学特性，结果表明电场增强主要集中于基底的边线以及尖角处，纳尖端增强效应很明显。最后，以对氨基苯硫酚为拉曼修饰物，测试了基底的拉曼光谱，计算出SERS增强因子为55.65?10。
　　2、通过PS球旋凃，ICP预刻蚀、倾斜并旋转蒸镀、PS球去除等工艺制备了金箭头状纳米结构阵列，分析了其形成机理。FDTD仿真结果表明，由于基底上纳尖端数目多，最大电场增强可达400倍，主要的电场增强集中于纳尖角处。最后，根据基底的拉曼光谱计算出SERS增强因子为64.43?10。
　　3、通过PS球旋凃，ICP氧刻蚀、垂直并旋转蒸镀、退火处理等工艺制备了金鳞状纳米球间隙阵列，分析了其形成机理。FDTD仿真结果表明，由于基底上存在纳间隙形貌而导致的电磁场耦合效应，最大电场增强可达1000倍，主要的电场增强集中于纳间隙处。最后，根据基底的拉曼光谱计算出SERS增强因子为69.1?10。
　　对比三种阵列基底，由于工艺缺陷少，SERS性能好，基于 NSL技术的纳间隙阵列应作为本实验室下一步努力的方向。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国外高SERS增强纳米结构阵列研究综述

1.3 国内高SERS增强纳米结构阵列研究综述

1.4 论文主要研究内容

第二章 表面等离激元与表面增强拉曼散射效应理论概述

2.1 表面等离激元的理论基础

2.2 表面增强拉曼散射效应理论概述

2.3 本章小结

第三章 银三角锥纳米结构阵列的工艺制备与SERS增强分析

3.1 纳米球光刻技术

3.2 银三角锥纳米结构阵列的工艺制备

3.3 银三角锥纳米结构阵列的FDTD建模仿真

3.4 银三角锥纳米结构阵列的SERS增强研究

3.5 本章小结

第四章 金箭头状纳米结构阵列的工艺制备与SERS增强分析

4.1 金箭头状纳米结构阵列的工艺制备

4.2 金箭头状纳米结构阵列的FDTD建模仿真

4.3 金箭头状纳米结构阵列的SERS增强研究

4.4 本章小结

第五章 金鳞状纳米球间隙阵列的工艺制备与SERS增强分析

5.1 金鳞状纳米球间隙阵列的工艺制备

5.2 金鳞状纳米球间隙阵列的FDTD建模仿真

5.3 金鳞状纳米球间隙阵列的SERS增强研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果