[发明专利]基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法

权利要求书

1.基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于依次包括如下步骤：

1)在光栅基片(5)上生长石墨烯膜层(14)的步骤；

2)在石墨烯膜层上旋涂光刻胶薄膜(15)的步骤；

3)全息光刻和显影步骤；具体步骤为在光刻胶薄膜上完成第一次曝光后，将光栅基片旋转90°，进行第二次曝光，通过两次正交曝光的方式在光刻胶薄膜上记录二维全息干涉条纹，对已曝光好的光栅进行实时显影，制作表面浮雕型光刻胶光栅；

4)对光刻胶光栅进行离子束刻蚀步骤；将离子源聚焦于光栅槽，通过离子刻蚀加深光栅槽，通过刻蚀将光栅槽深入光栅基片中，将光栅转移到石墨烯膜层上；

5)在光刻胶光栅表面用镀膜设备镀一层表面增强拉曼散射金属活性层(16)；

6)光刻胶剥离步骤；将镀好表面增强拉曼散射金属活性层的光栅基片浸入光刻胶溶解液浸泡，使光刻胶与石墨烯膜层剥离，获得石墨烯光栅结构与栅槽内表面增强拉曼散射金属活性层复合结构。

2.根据权利要求1所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤1)中，石墨烯膜层厚度为5nm～20nm；所述步骤2)中涂布的光刻胶薄膜厚度为500nm～600nm，所述步骤5)中，在光刻胶光栅上镀的表面增强拉曼散射金属活性层厚度为40nm～60nm。

3.根据权利要求2所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，所述步骤4)中离子束刻步骤中，粒子束聚焦于光刻胶光栅槽，刻蚀深度180nm-220nm。

4.根据权利要求3所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤2)中，石墨烯膜层上旋涂光刻胶薄膜后，在室温下将涂好光刻胶薄膜的光栅基片放入洁净烘箱中，平稳地加热至90℃，在此温度下停留1小时，最后将烘箱自然缓慢降至室温后取出已烘烤的光栅基片，干燥备用。

5.根据权利要求4所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤3)中，采用两束TE偏振相干光对光刻胶进行正交光刻，单光束强度为60lux～80lux，第一次曝光时间为30s～40s，第二次曝光时间为15s～20s；所述步骤4)中，对光刻胶进行实时显影时间为30s～40s。

6.根据权利要求1至5之一所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤5)中，所述的表面增强拉曼散射金属活性层由金、银、铜、铁、钴、镍至少一种组成。

7.根据权利要求1至5之一所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤3)中，全息光刻的光刻系统包括激光器、光线传播方向上依次设置的用于调整激光器发出光偏振态的四分之一波片(1)、格兰偏振棱镜(2)、光线经过格兰偏振棱镜后透射光路上设置的反射镜(3)、用于将TM偏振光换成TE偏振光的半波片(4)、光线经过格兰偏振棱镜后反射光路上设置的反射镜(6)、设置于透射光路与反射光路相干处的涂有光刻胶薄膜的光栅基片(5)；其中光线经过格兰偏振棱镜后的透射光为TM偏振光、光线经过格兰偏振棱镜后的反射光为TE偏振光；光线经过格兰偏振棱镜后反射光和透射光的光强相等且入射到光栅基片上的反射光和透射光关于光栅基片的中心线对称分布。

8.根据权利要求7所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤3)中，光线经过所述的格兰偏振棱镜后反射光路和透射光路上的两块反射镜上分别设置用于控制光线入射角的同步反向旋转电机。

9.根据权利要求8所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤3)中，还设置有用于装夹光栅基片的旋转曝光支架(9)，可旋转角度大于等于90度。

10.根据权利要求9所述的基于激光全息石墨烯金属复合表面拉曼增强基底加工方法，其特征在于所述步骤3)中，所述激光器输出激光波长为413.1nm，光强为60～80lux。