本发明属于基底制备领域,特别是涉及一种表面增强拉曼散射(sers)基底的制备方法。
背景技术:
当具有拉曼活性的分子吸附在粗糙的金属表面,尤其是在具有纳米级粗糙度的贵金属表面时,其拉曼散射信号强度被大大增强的效应称表面增强拉曼散射效应(sers效应)。
sers技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点,可以使拉曼信号强度增大几个数量级,其增强因子可以高达1014~1016,足以探测到单个分子的拉曼信号。因此,sers技术可以用于痕量物质分析、流式细胞术等应用中,这些都是传统拉曼光谱检测手段的灵敏度和测量速度不足以完成的。
sers技术的核心是sers基底,sers技术最常用的金属材料是au、ag和cu,与它们相匹配的激发光波长在可见光区域。而如何设计有效的sers基底是sers技术面临的挑战。
技术实现要素:
本发明为解决现有技术的不足,提供一种基底,该基底具有表面增强拉曼散射的效应,且具有纳米级的粗糙表面。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案具体包括如下步骤:
步骤1.将用于沉积样品的si(100)衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟,待用。
步骤2.将清洗好的si衬底放置于cvd中,通甲烷,高温沉积石墨烯;
步骤3.将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射的样品台上,其中第一个样品台为空,其他三个样品台放置si衬底;并将铜靶当前位置对准第一个样品台;四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内,且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm-60mm;
所述的铜靶中铜含量大于等于99.99%;
步骤4.关腔门,抽真空;当真空腔内本底真空气压低于6×10-6mbar时,向真空腔内通入流速为20~40sccm的混合气体,混合气体包括氮气和氩气,且氮气和氩气的流量比为20:1~5:1。调节插板阀的开度,从而调节真空腔内的工作气压,使得工作气压保持在0.8~1.2pa;
其中氮气和氩气的纯度均大于等于99.99%;
步骤5.打开射频源,预热5~10分钟,开启射频,增加射频功率至预溅射功率,预溅射功率为50~150w;观察真空腔内是否起辉;若起辉,则跳转到步骤5,若没有起辉,则继续增加预溅射功率,若预溅射功率为150w扔没起辉,则增加氩气含量,直至起辉,然后跳转至步骤5。
所述的预溅射过程中,第一个样品台与铜靶之间不设置挡板。
步骤6.调节混合气体的比例,将氩气的流量将为0,同时增加氮气流量,保持中流量不变;预溅射镀膜30min,从而稳定真空腔内等离子体,同时清洗铜靶表面。
步骤7.旋转样品台,将铜靶当前位置对准第二个样品台,溅射镀膜5~30min后;然后再旋转样品台,直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜;
溅射镀膜时间优选为15~20min;
步骤8.再次旋转样品台,将铜靶当前位置对准第一个样品台,降低射频功率,关闭射频加载并停止通入氮气;2~3分钟后关闭射频源电源;开腔,将三个样品台上的cu3n薄膜样品取出。
步骤9.将cu3n薄膜样品放入sem样品室,抽真空,选择电子束曝光模式,调节电子束聚焦,使电子束束斑控制在200nm-1000nm,对cu3n薄膜选定区域进行电子束曝光;
所述的电子束曝光的能量为5kev~15kev,电子束曝光的时间为15min~35min。
步骤10.曝光结束后,启用sem扫描模式,对曝光区进行sem成像,观测曝光后形貌,若形貌为纳米多孔结构,则取样进行拉曼测试。
电子束曝光的能量优选为10kev,电子束曝光的时间为30分钟;
本发明通过cvd在si衬底上制备石墨烯,通过磁控溅射在石墨烯衬底上制备了cu3n薄膜,利用sem样品对样品进行电子束曝光,最终形成纳米多孔铜结构,从而完成sers基底的制备。
拉曼实验的结果(如图3所示)表明纳米多孔铜结构实现了拉曼增强,是一种具有潜力的sers基底材料。sem测试结果显示纳米多孔铜结构具有纳米级的粗糙表面,具有产生“热点”的可能性。石墨烯作为纳米多孔铜结构的衬底,为进一步增强拉曼散射提供了可能。
本发明有益效果如下:
本方法弥补了现有技术的不足,提供了是一种新型的sers基底材料的制备方法,避免了cu3n薄膜分解后铜产物的氧化,纳米多孔铜结构具有纳米级的粗糙表面,具有产生“热点”的可能性。石墨烯作为纳米多孔铜结构的衬底,为进一步增强拉曼散射提供了可能。
附图说明
图1经不同尺寸电子束斑曝光,曝光后cu3n薄膜的sem图,曝光时间3min。
图2cu3n薄膜曝光后形成的多孔纳米铜结构,曝光时间30min。
图3表面增强raman散射光谱及对应位置的sem形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示,一种表面增强拉曼散射基底的制备方法,具体包括如下步骤:
步骤1.将用于沉积样品的si(100)衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟,待用。
步骤2.将清洗好的si衬底放置于cvd中,通甲烷,高温沉积石墨烯;
步骤3.将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射的样品台上,其中第一个样品台为空,其他三个样品台放置si衬底;并将铜靶当前位置对准第一个样品台;四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内,且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm-60mm;
所述的铜靶中铜含量大于等于99.99%;
步骤4.关腔门,抽真空;当真空腔内本底真空气压低于6×10-6mbar时,向真空腔内通入流速为20~40sccm的混合气体,混合气体包括氮气和氩气,且氮气和氩气的流量比为20:1~5:1。调节插板阀的开度,从而调节真空腔内的工作气压,使得工作气压保持在0.8~1.2pa;
其中氮气和氩气的纯度均大于等于99.99%;
步骤5.打开射频源,预热5~10分钟,开启射频,增加射频功率至预溅射功率,预溅射功率为50~150w;观察真空腔内是否起辉;若起辉,则跳转到步骤5,若没有起辉,则继续增加预溅射功率,若预溅射功率为150w扔没起辉,则增加氩气含量,直至起辉,然后跳转至步骤5。
所述的预溅射过程中,第一个样品台与铜靶之间不设置挡板。
步骤6.调节混合气体的比例,将氩气的流量将为0,同时增加氮气流量,保持中流量不变;预溅射镀膜30min,从而稳定真空腔内等离子体,同时清洗铜靶表面。
步骤7.旋转样品台,将铜靶当前位置对准第二个样品台,溅射镀膜5~30min后;然后再旋转样品台,直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜;
溅射镀膜时间优选为15~20min;
步骤8.再次旋转样品台,将铜靶当前位置对准第一个样品台,降低射频功率,关闭射频加载并停止通入氮气;2~3分钟后关闭射频源电源;开腔,将三个样品台上的cu3n薄膜样品取出。
步骤9.将cu3n薄膜样品放入sem样品室,抽真空,选择电子束曝光模式,调节电子束聚焦,使电子束束斑控制在200nm-1000nm,对cu3n薄膜选定区域进行电子束曝光;
所述的电子束曝光的能量为5kev~15kev,电子束曝光的时间为15min~35min。
步骤10.曝光结束后,启用sem扫描模式,对曝光区进行sem成像,观测曝光后形貌,若形貌为纳米多孔结构,则取样进行拉曼测试。
电子束曝光的能量优选为10kev,电子束曝光的时间为30分钟;
本发明通过cvd在si衬底上制备石墨烯,通过磁控溅射在石墨烯衬底上制备了cu3n薄膜,利用sem样品对样品进行电子束曝光,最终形成纳米多孔铜结构,从而完成sers基底的制备。
如图1所示,在电子束曝光的作用下,cu3n薄膜改变分解成cu和n2,改变电子束斑大小,可改变曝光区域的尺寸。
如图2所示,经过30min时间的曝光,cu3n薄膜在曝光区域形成了纳米多孔铜结构。
如图3所示,纳米多孔铜结构实现了拉曼增强的效果。
实施例1
本发明通过cvd在si衬底上制备石墨烯,通过磁控溅射在石墨烯衬底上制备了cu3n薄膜,利用sem对样品进行电子束曝光,最终形成纳米多孔铜结构,从而完成sers基底的制备。首先将用于沉积样品的衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水超声清洗15分钟,然后将衬底置于cvd中,通甲烷,高温沉积石墨烯。之后将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射设备样品架上,样品架与靶表面平行并且相距55mm,当真空腔内本底气压低于6×10-6mbar时,向真空腔内通入流速为40sccm的混合气体,且混合气体氮气和氩气的流量比为20:1;打开射频源,预热5分钟,开启射频,增加射频功率至预溅射功率,预溅射功率为50w直至起辉,调节混合气体的比例,将氩气的流量将为0,同时增加氮气流量,保持中流量不变;预溅射镀膜30min,从而稳定真空腔内等离子体,同时清洗铜靶表面。旋转样品台,将铜靶当前位置对准第二个样品台,溅射镀膜20min后;然后再旋转样品台,直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜;再次旋转样品台,将铜靶当前位置对准第一个样品台,降低射频功率,关闭射频加载并停止通入氮气;2~3分钟后关闭射频源电源;开腔,将三个样品台上的cu3n薄膜样品取出;将cu3n薄膜样品放入sem样品室,抽真空,选择电子束曝光模式,调节电子束聚焦,使电子束束斑控制在200nm,对cu3n薄膜选定区域进行电子束曝光;所述的电子束曝光的能量为5kev,电子束曝光的时间为15min。曝光结束后,启用sem扫描模式,对曝光区进行sem成像,观测曝光后形貌,若形貌为纳米多孔结构,则取样进行拉曼测试。
实施例2
本发明通过cvd在si衬底上制备石墨烯,通过磁控溅射在石墨烯衬底上制备了cu3n薄膜,利用sem对样品进行电子束曝光,最终形成纳米多孔铜结构,从而完成sers基底的制备。首先将用于沉积样品的衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水超声清洗15分钟,然后将衬底置于cvd中,通甲烷,高温沉积石墨烯。之后将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射设备样品架上,样品架与靶表面平行并且相距55mm,当真空腔内本底气压低于6×10-6mbar时,向真空腔内通入流速为30sccm的混合气体,且混合气体氮气和氩气的流量比为10:1;打开射频源,预热10分钟,开启射频,增加射频功率至预溅射功率,预溅射功率为150w直至起辉,调节混合气体的比例,将氩气的流量将为0,同时增加氮气流量,保持中流量不变;预溅射镀膜30min,从而稳定真空腔内等离子体,同时清洗铜靶表面。旋转样品台,将铜靶当前位置对准第二个样品台,溅射镀膜5min后;然后再旋转样品台,直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜;再次旋转样品台,将铜靶当前位置对准第一个样品台,降低射频功率,关闭射频加载并停止通入氮气;2~3分钟后关闭射频源电源;开腔,将三个样品台上的cu3n薄膜样品取出;将cu3n薄膜样品放入sem样品室,抽真空,选择电子束曝光模式,调节电子束聚焦,使电子束束斑控制在600nm,对cu3n薄膜选定区域进行电子束曝光;所述的电子束曝光的能量为10kev,电子束曝光的时间为30min。曝光结束后,启用sem扫描模式,对曝光区进行sem成像,观测曝光后形貌,若形貌为纳米多孔结构,则取样进行拉曼测试。
实施例3
本发明通过cvd在si衬底上制备石墨烯,通过磁控溅射在石墨烯衬底上制备了cu3n薄膜,利用sem对样品进行电子束曝光,最终形成纳米多孔铜结构,从而完成sers基底的制备。首先将用于沉积样品的衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水超声清洗15分钟,然后将衬底置于cvd中,通甲烷,高温沉积石墨烯。之后将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射设备样品架上,样品架与靶表面平行并且相距55mm,当真空腔内本底气压低于6×10-6mbar时,向真空腔内通入流速为40sccm的混合气体,且混合气体氮气和氩气的流量比为5:1;打开射频源,预热8分钟,开启射频,增加射频功率至预溅射功率,预溅射功率为100w直至起辉,调节混合气体的比例,将氩气的流量将为0,同时增加氮气流量,保持中流量不变;预溅射镀膜30min,从而稳定真空腔内等离子体,同时清洗铜靶表面。旋转样品台,将铜靶当前位置对准第二个样品台,溅射镀膜30min后;然后再旋转样品台,直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜;再次旋转样品台,将铜靶当前位置对准第一个样品台,降低射频功率,关闭射频加载并停止通入氮气;2~3分钟后关闭射频源电源;开腔,将三个样品台上的cu3n薄膜样品取出;将cu3n薄膜样品放入sem样品室,抽真空,选择电子束曝光模式,调节电子束聚焦,使电子束束斑控制在1000nm,对cu3n薄膜选定区域进行电子束曝光;所述的电子束曝光的能量为15kev,电子束曝光的时间为35min。曝光结束后,启用sem扫描模式,对曝光区进行sem成像,观测曝光后形貌,若形貌为纳米多孔结构,则取样进行拉曼测试。
如图1所示,在电子束曝光的作用下,cu3n薄膜改变分解成cu和n2,改变电子束斑大小,可改变曝光区域的尺寸。增加曝光时间至30min,cu3n薄膜在曝光区域形成了纳米多孔铜结构,如图2所示。