碗状金属纳米结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碗状金属纳米结构。
【背景技术】
[0002] 金、银等金属光栅在很多领域具有重要的应用，比如纳米光学、生化传感器、超高 分辨成像的精密光学仪器、表面等离子学和表面等离子激元光刻等。
[0003] 现有金属光栅多是通过剥离（Lift-off)工艺或电化学或干法刻蚀等方法制备的， 然而，这些方法或因为引入化学试剂导致金属光栅的结构及性质不理想，或很难实现特定 形貌及非常小的纳米结构，或容易引起金、银等金属发生物理性质不稳定。因此，利用上述 方法制备具有一定微结构的金、银等金属光栅具有很大的挑战性。
[0004] 碗状金属纳米结构是一种特殊形貌的金属纳米结构，该金属纳米结构具有广阔的 应用领域，如基于表面等离子激元的单分子检测、生化传感器、折射率传感器、亚波长光束 整形及纳米聚焦（nanofocusing)等。
[0005] Li et al. (Small 2012，8，No. 16，2548-2554)报道 了一种球-碗 (particle-in-bowl)结构阵列，该球-碗（particle-in-bowl)结构阵列的制备方法包括 以下步骤：第一步，通过自组装的方法沉积一单层的polystyrene (PS)球密集排列；第 二步，用氧气进行反应离子刻蚀，使每一 PS球的直径变小；第三步，在每一 PS球表面沉积 一层氧化锌，并退火去除PS球；第四步，在氧化锌表面沉积金层；第五步，用盐酸溶液去 除氧化锌层，同时改变金层的形状，形成碗状金层；第六步，沉积一层氧化铝在碗状金层表 面；第七步，沉积一银层在氧化铝层表面；第八步，真空退火，使银层变成球状，形成球-碗 (particle-in-bowl)结构阵列。
[0006] 然而，所述球-碗（particle-in-bowl)结构中银球通过一氧化错层位于碗状金层 的底部中心，所述银球与金层不是一体成型，影响了所述球-碗（particle-in-bowl)结构 的应用范围，且其结构参数不易控制，精密度差。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，确有必要提供一种结构参数可控的碗状金属纳米结构，该碗状金属纳 米结构具有一体成型的凸块结构。
[0008] -种碗状金属纳米结构，包括一基底以及位于该基底表面的凸块结构，该凸块结 构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构，所述碗 状凹陷部与所述凸起结构一体成型。
[0009] -种碗状金属纳米结构阵列，包括多个凸块结构，所述多个凸块结构共用一基底， 该凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结 构，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型。
[0010] 一种碗状金属纳米结构阵列，包括一基底以及一金属层设置在该基底表面，该金 属层远离基底的表面具有多个凸块结构，每个凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗 状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型。 [0011] 与现有技术相比，本发明所提供的碗状金属纳米结构阵列具有多个一体成型的凸 块结构，每个凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括 一凸起结构，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型，并且由同种金属材料组成，结构参 数可控。另外，所述碗状金属纳米结构的制备方法简单，易于实现工业化生产。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明提供的制备碗状金属纳米结构阵列的工艺流程图。
[0013] 图2为图1中裂纹形成时的立体结构示意图。
[0014] 图3为图1中刻蚀过程的工艺流程图。
[0015] 图4为本发明提供的碗状金属纳米结构阵列的立体结构示意图。
[0016] 图5为图4的剖面结构示意图。
[0017] 图6为本发明提供的碗状金属纳米结构阵列的扫描电镜照片。
[0018] 图7为本发明提供的另一碗状金属纳米结构阵列的立体结构示意图。
[0019] 图8为图7的剖面结构示意图。
[0020] 图9为本发明提供的应用一碗状金属纳米结构阵列的检测系统的结构示意图。
[0021] 主要元件符号说明
【主权项】
1. 一种碗状金属纳米结构，包括一基底以及位于该基底表面的凸块结构，该凸块结构 的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构，其特征在 于，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型。
2. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述凸起结构与所述碗状凹 陷部由同种金属材料组成。
3. 如权利要求2所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述金属材料为金、银、钼、 钯、钛、铜或铝。
4. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述凸起结构的形状为球形。
5. 如权利要求4所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述球形的直径为2纳米飞O 纳米。
6. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述碗状凹陷部包括一内表 面，所述凸起结构位于该内表面的中心，并通过该内表面与所述碗状凹陷部一体成型。
7. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述碗状凹陷部的深度为20 纳米~200纳米，高度为40纳米~300纳米，宽度为100纳米~850纳米。
8. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构，其特征在于，所述碗状凹陷部具有一碗口， 该碗口的直径为40纳米飞00纳米。
9. 一种碗状金属纳米结构阵列，包括多个凸块结构，所述多个凸块结构共用一基底，该 凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构， 其特征在于，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型。
10. 如权利要求9所述的碗状金属纳米结构阵列，其特征在于，所述凸块结构的周期为 200纳米微米。
11. 如权利要求9所述的碗状金属纳米结构阵列，其特征在于，相邻凸块结构之间的间 隙为100纳米~150纳米。
12. -种碗状金属纳米结构阵列，包括一基底以及一金属层设置在该基底表面，该金属 层远离基底的表面具有多个凸块结构，每个凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状 凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构，其特征在于，所述碗状凹陷部与所述凸起结构 一体成型。
13. 如权利要求12所述的碗状金属纳米结构阵列，其特征在于，所述金属层为一连续 结构，该金属层具有相对的顶面和底面，该金属层的底面与所述基底接触设置，该金属层的 顶面设置有多个凸块结构。
14. 如权利要求12所述的碗状金属纳米结构阵列，其特征在于，相邻两个凸块结构之 间的金属层的厚度为5纳米~80纳米。
【专利摘要】本发明涉及一种碗状金属纳米结构，包括一基底以及位于该基底表面的凸块结构，该凸块结构的顶面具有一碗状凹陷部，在该碗状凹陷部的底部中心进一步包括一凸起结构，所述碗状凹陷部与所述凸起结构一体成型。本发明还涉及一种所述碗状金属纳米结构阵列及其制备方法，以及一种利用该碗状金属纳米结构的检测系统。
【IPC分类】G01N21-25, G02B5-02
【公开号】CN104808269
【申请号】CN201410031573
【发明人】朱振东, 李群庆, 白本锋, 范守善
【申请人】清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月23日
【公告号】US20150206720