CN109342389A - 一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 - Google Patents
一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109342389A CN109342389A CN201811223002.1A CN201811223002A CN109342389A CN 109342389 A CN109342389 A CN 109342389A CN 201811223002 A CN201811223002 A CN 201811223002A CN 109342389 A CN109342389 A CN 109342389A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- array
- preparation
- photoresist
- surface enhanced
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 112
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 112
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 75
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 50
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 241000790917 Dioxys <bee> Species 0.000 claims 1
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 30
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 15
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 5
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 4
- PBZHKWVYRQRZQC-UHFFFAOYSA-N [Si+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O Chemical compound [Si+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PBZHKWVYRQRZQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101000674278 Homo sapiens Serine-tRNA ligase, cytoplasmic Proteins 0.000 description 2
- 101000674040 Homo sapiens Serine-tRNA ligase, mitochondrial Proteins 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100040516 Serine-tRNA ligase, cytoplasmic Human genes 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 2
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 235000003283 Pachira macrocarpa Nutrition 0.000 description 1
- 241001083492 Trapa Species 0.000 description 1
- 235000014364 Trapa natans Nutrition 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000009165 saligot Nutrition 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明涉及一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：S1：在带有衬底的单晶硅片上旋涂一层光刻胶；S2：采用光刻技术在单晶硅片上制备光刻胶图形阵列；S3：进行图案化转移，将光刻胶图形阵列转移到衬底上；S4：移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的单晶硅片；S5：将S4得到的单晶硅片放入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中进行置换反应，制备得到球状银微米颗粒阵列，即得到可视化的表面增强拉曼散射基底。本发明提供的制备方法工艺简单、生产成本低，易操作；制备得到的表面增强拉曼散射基底的形貌和尺寸可控，并且具有良好的重复性和稳定性，导电性能好，在光学显微镜下可视。
Description
技术领域
本发明属于微米材料与光学技术领域，具体涉及一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用。
背景技术
表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering，SERS）是通过吸附在金属微纳米结构表面上的分子与金属表面发生的等离子共振相互作用而引起的拉曼散射强度增强的现象，可有效地探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构，已成为灵敏度最高的研究界面效应的技术之一。其中以贵金属银、金、铜和碱金属为主的物质，具有较高SERS活性，并以银的增强能力最强，金、铜次之。
银具有独特的催化、抗菌、导电导热等特性，是人们最早发现和使用的金属之一，在常温下表现出良好的化学稳定性，常以单质的形态存在于大自然中。银微米颗粒结合了金属银和微米材料的优点，在催化材料、抗菌材料、导电胶材料等领域有着广阔的应用前景。
现在研究人员用来合成银颗粒的方法主要有电解法、热分解法、电化学还原法等，这些方法一般都需要一些复杂的条件，如加热、微波、特定的pH值等，所需的合成原料种类繁多。
因此，开发一种工艺简单的方法来制备得到大面积、分布均匀、尺寸可控，且有较好的重复性和稳定性的拉曼基底具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中制备方法工艺复杂，条件严苛的缺陷和不足，提供一种可视化的表面增强拉曼散射基底的制备方法。本发明提供的制备方法工艺简单、生产成本低，易操作；制备得到的表面增强拉曼散射基底的形貌和尺寸可控，并且具有良好的重复性和稳定性，导电性能好，在光学显微镜下可视。
本发明的另一目的在于提供一种可视化的表面增强拉曼散射基底。
本发明的另一目的在于提供上述可视化的表面增强拉曼散射基底在物质定位定点的检测中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种可视化的表面增强拉曼散射基底的制备方法，包括以下步骤：
S1：在带有衬底的单晶硅片上旋涂一层光刻胶；
S2：采用光刻技术在单晶硅片上制备光刻胶图形阵列；
S3：进行图案化转移，将光刻胶图形阵列转移到衬底上；
S4：移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的单晶硅片；
S5：将S4得到的单晶硅片放入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中进行置换反应，制备得到球状银微米颗粒阵列，即得到可视化的表面增强拉曼散射基底；所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为10-8～23 mol/L，硝酸银的浓度为10-8～12 mol/L。
本发明的方法可适用于大尺寸（不小于4英寸）的单晶硅片，从而制备大面积的表面增强拉曼散射基底。
本发明基于光刻技术和湿法蚀刻工艺，设计和加工制备大面积（不小于4英寸）尺寸可控的带有二维硅微结构的衬底单晶硅片；在该硅片上进行氢氟酸和硝酸银的置换反应制备出银的微米颗粒。氢氟酸和硝酸银的的浓度是关键影响因素。两者的浓度过大或过小均无法制备得到球状银微米颗粒。
本发明的方法无需高温及任何表面活性剂，故制备得到的银微米颗粒易洗涤，且纯度高。本发明提供的制备方法工艺简单、生产成本低，易操作；制备得到的表面增强拉曼散射基底的形貌和尺寸可控，并且具有良好的重复性和稳定性，导电性能好，在光学显微镜下可视。
本领域中常规的衬底均可用于本发明中。
优选地，S1中所述衬底的材料为金、铬、银、二氧化硅或氮化硅。
优选地，S1中所述单晶硅片的晶向为（100）、（110）或（111），电阻率为0.001~0.005Ω·cm，衬底厚度为1 nm～1 μm。
本领域常规的光刻胶均可用于本发明中。
另外，为了后续便于光刻胶的去除，一般选用可溶于有机溶剂（如乙醇、丙酮、异丙醇等）的光刻胶
优选地，S1中所述光刻胶为正性光刻胶SUN-120P。
本发明中的光刻胶图形阵列的尺寸为常规尺寸即可。如尺寸过大无法得到球状银微米颗粒，易成膜；如尺寸过小，得到银纳米颗粒，无法得到银微米颗粒，在光学显微镜下不可视。
优选地，S2中所述光刻胶图形阵列的面积为1 μm2～104 mm2，相邻图形之间的中心距为2 μm～600 mm。
更为优选地，S2中所述光刻胶图形阵列的面积为1 μm2～250 mm2，相邻图形之间的中心距为10～1000 μm。
本发明中的纳米图形阵列可为常规的形状。
S2中所述图形阵列为圆形、扇形或正多边形。
本发明中所指的正多边形为边数大于等于3的封闭图形。如正四边形（正方形、菱形、梯形等）、正五边形、正六边形、正八边形等等。
更为优选地，所述多边形为正三角形、正方形或菱形。
优选地，S4中移除光刻胶的试剂为乙醇、丙酮或异丙醇中的一种或几种。
优选地，S5中所述反应时间为1 s～120 min。
更为优选地，S5中所述反应时间为1 s～15 min。
优选地，S5所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为0.01～10mol/L，硝酸银的浓度为0.01～1 mol/L。
一种可视化的表面增强拉曼散射基底，通过上述制备方法制备得到。
上述可视化的表面增强拉曼散射基底在物质定位定点的检测中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的制备方法工艺简单、生产成本低，易操作；制备得到的表面增强拉曼散射基底的形貌和尺寸可控，并且具有良好的重复性和稳定性，导电性能好，在光学显微镜下可视。
附图说明
图1为本发明中制备球状银微米颗粒的流程示意图；1为带有衬底的单晶硅片；2为衬底；3为光刻胶；4为银微米颗粒。
图2为实施例1所得到的球状银微米颗粒的扫描电镜图，图中标尺为10 μm。
图3为实施例1所得到的球状银微米颗粒的扫描电镜图，图中标尺为5 μm。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有二氧化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正方形阵列图形，该图形面积为25 μm2，中心距为40 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入稀释后浓度为10 wt%氢氟酸溶液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到二氧化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.75 mol/L氢氟酸和0.6mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为8 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，二氧化硅层厚度为100±10 nm。产物的形貌和粒度的观测在型号为Phenom G2 Pro（荷兰Phenom-World公司生产）扫描电子显微镜（SEM）下进行，以下的实施例均采用该台仪器进行形貌和粒度的观测。
如图2所示，通过扫描电镜观察，在硅基表面形成一个个球状银微米颗粒阵列。图3所示为单个球状银微米颗粒结构的扫描电镜图，直径约为10 μm。
实施例2
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(111) 晶向的带有氮化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正方形阵列图形，该图形面积为104 mm2，中心距为600 mm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入80℃浓磷酸中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到氮化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是15 mol/L氢氟酸和7 mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为10 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，二氧化硅层厚度为500±10 nm。
实施例3
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有金衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正三角形阵列图形，该图形面积为100 μm2，中心距为50 μm；
S3. 将步骤S2中带有光刻胶图形阵列的硅片放入金刻蚀液中进行图案化转移，则将光刻胶上的图形阵列转移到金衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是20 mol/L氢氟酸和0.03mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为5 s，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，金衬底厚度为30±10 nm。
实施例4
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有铬衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的扇形阵列图形，该扇形图形半径为9.8 μm，圆心角为120°，面积约为100 μm2，中心距为500 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入铬刻蚀液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到铬衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.4 mol/L氢氟酸和10mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为30 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，铬衬底厚度为80±5 nm。
实施例5
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(110) 晶向的带有银衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的圆形阵列图形，该图形半径为10 μm，面积约为314 μm2，中心距为600 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入稀释后浓度为银刻蚀液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到银衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.08 mol/L氢氟酸和7mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为20 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，银衬底厚度为110±10 nm。
实施例6
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(110) 晶向的带有氮化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正六边形阵列图形，该图形边长为5 μm，面积约为65 μm2，中心距为80 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入80℃的浓磷酸中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到氮化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.15 mol/L氢氟酸和2.6mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为10 s，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，氮化硅层厚度为500±10 nm。
实施例7
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(110) 晶向的带有金衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的菱形阵列图形，该图形面积约为50 μm 2，中心距为200 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入金刻蚀液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到金衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.5 mol/L氢氟酸和0.35mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为20 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，金衬底厚度为40±10 nm。
实施例8
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(111) 晶向的带有铬衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的梯形阵列图形，该图形上底为15 μm，下底为50 μm，高为25 μm，面积约为813 μm2，中心距为500 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入铬刻蚀液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到铬衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是10-7 mol/L氢氟酸和0.7mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为40 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，铬衬底厚度为60±10 nm。
实施例9
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(111) 晶向的带有二氧化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的扇形阵列图形，该扇形图形半径为3 μm，圆心角为100°，面积约为8 μm2，中心距为30 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入稀释后浓度为10 wt%氢氟酸溶液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到二氧化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是1.6 mol/L氢氟酸和0.08mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为15 s，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，二氧化硅层厚度为600±10 nm。
实施例10
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(111) 晶向的带有银衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正八边形阵列图形，该图形边长为5 μm，面积约为121 μm2，中心距为500 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入银刻蚀液中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到银衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.4mol/L氢氟酸和0.65mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为7 min，制备出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，得到球状银微米颗粒阵列，即为一种可视化的表面增强拉曼散射基底；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，银衬底厚度为120±10 nm。
对比例1
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有二氧化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正方形阵列图形，该图形面积为5 μm2，中心距为300 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入稀释后浓度为10 wt%氢氟酸溶液中进行转膜，将光刻胶上的图形阵列转移到二氧化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是10 mol/L氢氟酸和10-9mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为15 min，制备不出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，无法得到球状银微米颗粒阵列；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，二氧化硅层厚度为400±10 nm。
结果显示：无法得到球状银微米颗粒。
对比例2
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有二氧化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正三角形阵列图形，该图形面积为30mm2，中心距为600 mm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入稀释后浓度为10 wt%氢氟酸溶液中进行转膜，将光刻胶上的图形阵列转移到二氧化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是10-9 mol/L氢氟酸和15mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为15 min，制备不出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，无法得到球状银微米颗粒阵列；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，二氧化硅层厚度为400±10 nm。
结果显示：无法得到球状银微米颗粒。
对比例3
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(100) 晶向的带有金衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正三角形阵列图形，该图形面积为10 μm2，中心距为70 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入金刻蚀液中进行图形化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到金衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是10-9 mol/L氢氟酸和10mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为10 min，制备不出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，无法得到球状银微米颗粒阵列；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，金衬底厚度为50±10 nm。
结果显示：无法得到球状银微米颗粒。
对比例4
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(110) 晶向的带有铬衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的圆形阵列图形，该图形面积为0.05 μm2，中心距为1 μm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入铬刻蚀液中进行图形化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到铬衬底上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是0.65 mol/L氢氟酸和0.5mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为5 s，制备不出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，无法得到球状银微米颗粒阵列；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，铬衬底厚度为500±10 nm。
结果显示：图形尺寸过小，得到银纳米颗粒，无法得到银微米颗粒，在光学显微镜下不可视。
对比例5
可视化的表面增强拉曼散射基底，包括下列步骤：
S1. 对4英寸，(111) 晶向的带有氮化硅衬底的单晶硅片进行清洗，氮气吹干，旋涂一层光刻胶；
S2. 通过光刻技术在此硅片上制备光刻胶的正方形阵列图形，该图形面积为105 mm2，中心距为650 mm；
S3. 将步骤S2中所得带有光刻胶图形阵列的硅片放入80℃浓磷酸中进行图案化转移，将光刻胶上的图形阵列转移到氮化硅上；
S4. 将该硅片放入无水乙醇中浸泡1 min后，分别用无水乙醇、去离子水冲洗，移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的硅片；
S5. 将步骤S4中所得带有二维硅微结构的硅片放入浓度是1.3mol/L氢氟酸和0.8mol/L硝酸银的混合溶液中进行置换反应，反应时间为50 min，制备不出银的微米颗粒；
S6. 反应结束后自然干燥，无法得到球状银微米颗粒阵列；
其中，所述单晶硅片电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，氮化硅层厚度为400±10 nm。
结果显示：图形尺寸过大，无法得到球状银微米颗粒，易成膜。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可视化的表面增强拉曼散射基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在带有衬底的单晶硅片上旋涂一层光刻胶；
S2：采用光刻技术在单晶硅片上制备光刻胶图形阵列；
S3：进行图案化转移，将光刻胶图形阵列转移到衬底上；
S4：移除多余光刻胶，得到带有二维硅微结构的单晶硅片；
S5：将S4得到的单晶硅片放入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中进行置换反应，制备得到球状银微米颗粒阵列，即得到可视化的表面增强拉曼散射基底；所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为10-8～23 mol/L，硝酸银的浓度为10-8～12 mol/L。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中所述衬底的材料为金、铬、银、二氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中所述单晶硅片的晶向为（100）、（110）、（111），电阻率为0.001~0.005 Ω·cm，衬底厚度为1 nm～1 μm。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中所述光刻胶为正性光刻胶SUN-120P。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S2中所述光刻胶图形阵列的面积为1 μm2～104 mm2，相邻图形之间的中心距为2 μm～600 mm。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S2中所述图形阵列为圆形、扇形或多边形。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S5中所述反应时间为1 s～120 min。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S5所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为0.01～10mol/L，硝酸银的浓度为0.01～1 mol/L。
9.一种可视化的表面增强拉曼散射基底，其特征在于，通过权利要求1~8任一所述制备方法制备得到。
10.权利要求1~9任一所述可视化的表面增强拉曼散射基底在物质定位定点的检测中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811223002.1A CN109342389A (zh) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | 一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811223002.1A CN109342389A (zh) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | 一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109342389A true CN109342389A (zh) | 2019-02-15 |
Family
ID=65311344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811223002.1A Pending CN109342389A (zh) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | 一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109342389A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109321904A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-02-12 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种可调控形貌的金属纳米结构阵列及其制备方法和应用 |
| CN109735881A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-10 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种环形银微米颗粒阵列及其制备方法与应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101057132A (zh) * | 2004-11-04 | 2007-10-17 | Meso光子学有限公司 | 用于增强的拉曼光谱学的金属纳米孔光子晶体 |
| CN102621126A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-08-01 | 上海大学 | 金纳米点阵表面增强拉曼活性基底及其制备方法 |
| CN103668130A (zh) * | 2012-09-25 | 2014-03-26 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种金属纳米结构的制备方法 |
| CN103820826A (zh) * | 2012-11-19 | 2014-05-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 形貌可控的银纳米片组装结构阵列的制备方法及其产物的用途 |
| CN104792766A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-22 | 江苏理工学院 | 表面增强拉曼散射基底及其制备方法 |
| CN106292200A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-04 | 苏州大学 | 全息制作表面拉曼增强基底的方法与光刻系统 |
| CN108318472A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-24 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种高灵敏度快速分析的表面增强拉曼散射基底的制备方法 |
-
2018
- 2018-10-19 CN CN201811223002.1A patent/CN109342389A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101057132A (zh) * | 2004-11-04 | 2007-10-17 | Meso光子学有限公司 | 用于增强的拉曼光谱学的金属纳米孔光子晶体 |
| CN102621126A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-08-01 | 上海大学 | 金纳米点阵表面增强拉曼活性基底及其制备方法 |
| CN103668130A (zh) * | 2012-09-25 | 2014-03-26 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种金属纳米结构的制备方法 |
| CN103820826A (zh) * | 2012-11-19 | 2014-05-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 形貌可控的银纳米片组装结构阵列的制备方法及其产物的用途 |
| CN104792766A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-22 | 江苏理工学院 | 表面增强拉曼散射基底及其制备方法 |
| CN106292200A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-04 | 苏州大学 | 全息制作表面拉曼增强基底的方法与光刻系统 |
| CN108318472A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-24 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种高灵敏度快速分析的表面增强拉曼散射基底的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 贾雪梅: "硅表面图案化银微纳米结构的制备及其表面增强拉曼性质的研究", 《中国优秀硕士学习论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109321904A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-02-12 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种可调控形貌的金属纳米结构阵列及其制备方法和应用 |
| CN109735881A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-10 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种环形银微米颗粒阵列及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Shape control in epitaxial electrodeposition: Cu2O nanocubes on InP (001) | |
| Gao et al. | Self-assembled nanowire− nanoribbon junction arrays of ZnO | |
| Liu et al. | Large-area fabrication of highly reproducible surface enhanced Raman substrate via a facile double sided tape-assisted transfer approach using hollow Au–Ag alloy nanourchins | |
| Kiraly et al. | Multifunctional porous silicon nanopillar arrays: antireflection, superhydrophobicity, photoluminescence, and surface-enhanced Raman scattering | |
| CN112499581B (zh) | 一种表面增强拉曼散射衬底的制备方法 | |
| Tsujiko et al. | Selective formation of nanoholes with (100)-face walls by photoetching of n-TiO2 (rutile) electrodes, accompanied by increases in water-oxidation photocurrent | |
| CN104911667B (zh) | 一种新型的具有蜂巢状阵列构造的多层复合贵金属纳米孔阵列sers基底的制备方法 | |
| CN102341524B (zh) | 金属膜中高度有序的纳米孔阵列及其制作方法 | |
| CN104949957A (zh) | 嵌入式纳米点阵列表面增强拉曼活性基底及其制备方法 | |
| CN105115958B (zh) | 基于大尺寸金属纳米粒子的表面增强拉曼基底及其制备方法 | |
| CN109342389A (zh) | 一种可视化的表面增强拉曼散射基底及其制备方法和应用 | |
| CN105973865A (zh) | 一种Au纳米树枝晶表面增强拉曼散射基底及其制备方法 | |
| CN106404738B (zh) | 一种氧化石墨烯/银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底及制备方法和应用 | |
| CN105842228A (zh) | 基于表面等离激元效应的纳米环形腔sers基底及其制作方法 | |
| CN105386119A (zh) | 利用电沉积制备树枝状银纳米晶涂层的方法 | |
| Wang et al. | Fabrication of gold and silver hierarchically micro/nanostructured arrays by localized electrocrystallization for application as SERS substrates | |
| CN113125405A (zh) | 一种基于纳米锥针结构的sers基底及制备方法 | |
| CN205691505U (zh) | 基于表面等离激元效应的纳米环形腔sers基底 | |
| CN103149194B (zh) | 一种表面增强拉曼散射基体的制备方法 | |
| CN103257132A (zh) | 银纳米帽阵列表面增强拉曼活性基底及其制备方法 | |
| CN108645835A (zh) | 高度分枝化的金纳米粒子sers活性基底及其制备方法 | |
| CN108823541B (zh) | 一种表面增强拉曼散射活性基底的制备方法 | |
| Zhang et al. | Effective SERS-active substrates composed of hierarchical micro/nanostructured arrays based on reactive ion etching and colloidal masks | |
| Kondo et al. | Surface-enhanced Raman scattering on gold nanowire array formed by mechanical deformation using anodic porous alumina molds | |
| CN110863226A (zh) | 一种复合金银纳米阵列结构的sers基底及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190215 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |