本文關(guān)鍵詞：干涉光刻法制備任意圖形微納結(jié)構(gòu)及其SERS應用的研究

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【摘要】：光的輻射、傳輸和接收是一種重要的自然現(xiàn)象,伴隨著人類社會的發(fā)展,對于光的研究一直沒有停止過。進入現(xiàn)代社會后,光與物質(zhì)的相互作用成為現(xiàn)代光學研究的重要部分,尤其是關(guān)于電磁波與亞波長尺寸結(jié)構(gòu)相互作用的研究。表面等離子體激元光學(Plasmonics)的發(fā)展,給光學研究開拓了廣闊的前景。表面等離子體激元(surface plasmon polaritions, SPPs)是在金屬界面或者微納尺寸的金屬結(jié)構(gòu)上由于電磁輻射和金屬內(nèi)自由電子相互作用產(chǎn)生的,能實現(xiàn)在亞波長尺寸的近場光學增強效果,所以亞波長尺寸結(jié)構(gòu)的制方法的研究和實現(xiàn)對于現(xiàn)代光學的發(fā)展是十分必要的。對于可見光波段(400nm～700nm)來說,亞波長的結(jié)構(gòu)尺寸在幾百納米以下,一般的機加工的方法是無法實現(xiàn)的,所以需要開發(fā)其他的方法,目前制備亞波長金屬結(jié)構(gòu)的方法主要有：光刻(IL)、離子束刻蝕(FIB)、電子束刻蝕(EBL)等刻蝕的方法加工；但FIB和EBL刻蝕的效率低,很難實現(xiàn)大范圍微結(jié)構(gòu)的刻寫,如大面積的光柵。而多種多樣的光刻技術(shù)不僅能實現(xiàn)亞波長結(jié)構(gòu)的刻寫并且具有刻寫速度快、刻寫面積大的優(yōu)點,克服了機加工方法分辨不足和離子/電子束刻蝕的效率低下的缺點。所以光刻是一種非常有效、簡單的微納結(jié)構(gòu)制備的方法。表面增強拉曼散射(SERS)效應是指在金屬良導體表面,比如Au、Ag等貴金屬,由于活性基底表面的電磁場增強導致吸附在該活性基底上的待測分子的拉曼散射信號大大增強的現(xiàn)象。關(guān)于SRES機理的研究表明：電磁場增強,即表面等離子體共振(Surface plasmon resonance, SPR)引起的局域電磁場增強,是表面拉曼散射增強效應最主要的原因;另外導致這種幾個數(shù)量級的散射信號增強原因還包括化學能的變化等。物理機制和化學機制共同作用下導致了SERS效應,而由于拉曼散射譜只與散射分子有關(guān),與激發(fā)光頻率等外界條件無關(guān),所以SERS被廣泛用于表面分析、吸附界面表面狀態(tài)研究、生物大小分子的界面取向及構(gòu)型、構(gòu)象研究、結(jié)構(gòu)分析等研究。主要工作成果如下：1. 利用Nd:YAG脈沖激光器進行光學刻寫來制備光柵,由于脈沖激光的瞬間功率很高,所以刻寫過程中曝光時間極短,可以保證刻寫的結(jié)構(gòu)邊緣的沒有毛刺,得到性能更加優(yōu)越的光柵,并將光刻得到的介質(zhì)光柵復制為純金屬光柵。2. 利用數(shù)字微鏡設備(DMD)進行光學直寫,靈活的刻寫圖案,包括2D圖案和3D結(jié)構(gòu)：并且將DMD和六棱鏡復合使用進行多光束干涉光刻,制備了三種樣式的點陣,實現(xiàn)傳統(tǒng)多光束干涉光刻光路的簡化。3. 利用數(shù)字微鏡設備(DMD)直寫的方法制備具有不同角度的尖端結(jié)構(gòu),并制備成金屬結(jié)構(gòu)。利用這些具有不同角度的金屬尖端定量的研究SERS效果與角度的關(guān)系。本論文的創(chuàng)新點和特色如下：1. 利用DMD與多面棱鏡結(jié)合進行光學刻寫,利用簡潔的光路可以制備樣式繁多的點陣結(jié)構(gòu),實現(xiàn)刻寫圖案的多樣化和刻寫光路的簡單化；使用DMD進行了無掩膜投影光刻,作為一種高效、簡單、廉價的方法,可以制備多種形貌的二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。2. 利用DMD制備的尖端進行了SERS的研究,即針對角度大小對于表面增強拉曼效應的影響進行研究。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN305.7

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9 楊U，

本文編號：1138803