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基于FIB制备表面增强拉曼散射基底的研究

作　者: 高婷婷
导　师: 房丰洲
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 表面增强拉曼散射聚焦离子束加工 FDTD电磁模拟纳米结构
分类号: O657.37
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

最近几年，物质的检测成为人们很关心的一个话题。拉曼散射凭借其低成本、实时性检测的特点，在物质检测及传感领域中占据重要的地位。但由于拉曼散射信号比较低的限制，自从这个现象被发现以来一直没有被广泛应用，直到1977年表面增强拉曼散射（SERS）现象出现，研究者发现当把待测物放置在粗糙的贵金属上时，拉曼信号可以得到几个量级的提高。因此，将拉曼散射推向实际应用的重要因素便是SERS基底的制备。传统制备SERS基底的方式主要有电化学粗糙法、化学合成法及模板法，但是到目前为止制备具有高灵敏度及高稳定性的SERS基底仍然存在很大困难。拉曼增强的主要原因归功于局域表面等离子体共振效应，即要求阵列间隙足够小。而聚焦离子束技术作为一种微纳加工技术，在SERS基底制备方面表现出很大的优势。本文主要从两个方面进行SERS基底的研究，一方面通过光学模拟方法设计并优化特定波长下的最优结构阵列，另一方面利用聚焦离子束制备高精度、一致性的SERS基底。实验中发现，由于金膜质地柔软的特性很难获得小间隙的结构，因此提出了一种简单、有效地加工方式，即先用聚焦离子束在硅片上加工结构然后通过后续镀金膜实现拉曼活性，后续通过参数优化及对金膜厚度的研究得到了一种高增强的SERS基底；另外，利用电子束辅助沉积的功能制备双金属SERS基底，最后成功制备出三维立体纳米圆锥阵列；通过对基底表征发现该方法制备的结构具有较高的灵敏度、稳定性及重复使用性，如：SERS基底结构的阵列间隙可以达到10nm以下，而且拉曼增强因子高达107倍等。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-19
  1.1 光的散射与拉曼光谱  7-8
  1.2 表面增强拉曼散射  8-13
    1.2.1 SERS 增强机理  9-12
    1.2.2 SERS 应用  12-13
  1.3 SERS 基底制备的国内外研究现状  13-17
  1.4 本论文的研究目的及设想  17-19
第二章金属微结构的光学性质及 FDTD 电磁模拟  19-28
  2.1 FDTD 简介  19-20
  2.2 拉曼增强基底微结构的光学模拟  20-27
  2.3 本章总结  27-28
第三章 FIB 制备 SiO2/Au 基底  28-40
  3.1 聚焦离子束加工技术  28-32
    3.1.1 聚焦离子束系统  28-29
    3.1.2 聚焦离子束加工原理  29-32
  3.2 FIB 制备 SERS 基底及工艺优化  32-35
  3.3 拉曼测试与结果分析  35-39
    3.3.1 拉曼光谱仪简介  35-37
    3.3.2 不同组合下拉曼光谱  37-38
    3.3.3 不同加工深度下拉曼光谱  38-39
  3.4 本章总结  39-40
第四章 FIB 制备 Si/Au 拉曼增强基底  40-53
  4.1 椭圆阵列 SERS 基底的制备  40-44
  4.2 三角形阵列拉曼增强基底的制备  44-51
    4.2.1 组合  44-45
    4.2.2 尺寸  45-46
    4.2.3 加工深度  46-51
  4.3 检测极限  51
  4.4 本章总结  51-53
第五章电子束诱导 Pt 沉积加工 SERS 基底  53-63
  5.1 Pt 沉积原理  53-54
  5.2 Pt 沉积参数的选择  54-56
  5.3 纳米柱阵列的加工  56-61
  5.4 检测极限  61-62
  5.5 本章总结  62-63
第六章基底的表征  63-70
  6.1 拉曼增强因子的计算  63-66
  6.2 SERS 基底的重复性表征  66-69
  6.3 本章总结  69-70
第七章结论与展望  70-72
  7.1 结论  70-71
  7.2 工作展望  71-72
参考文献  72-75
发表论文和参加科研情况说明  75-76
致谢  76

基于FIB制备表面增强拉曼散射基底的研究

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