[发明专利]纳米针尖结构、复合结构及其制备方法

说明书

一种纳米针尖结构、复合结构及其制备方法，所述纳米针尖结构，包括衬底，在所述衬底表面阵列形成多个纳米针尖；其中，每个纳米针尖的顶部直径为10～20nm；所述纳米针尖的高度为200～350nm；相邻纳米针尖的间距为62.5～125nm，显著增加“热点”效应。所述纳米针尖结构的制备方法采用阳极氧化铝(AAO)模板和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀，成本低廉，工艺简单，可以实现大规模制备。在此基础上制备的Ag颗粒/纳米针尖复合结构能够显著增加表面等离子体效应如光吸收、拉曼信号增强等。

技术领域

本发明涉及半导体工艺加工领域，尤其涉及一种纳米针尖结构、复合结构及其制备方法。

背景技术

局域表面等离子体共振(LSPR)因其在表面科学、环境监测、生物医学和生物传感等领域的广泛应用而引起了广泛的研究兴趣。增强的局域表面等离子体共振可以很大程度上增强其周围的局部电场强度，这对表面增强拉曼散射(SERS)至关重要。

众所周知，等离子体的应用主要取决于局域表面等离子体共振激发产生的电磁场的局部增强(也称为“热点”效应)，而局域表面等离子体共振的激发和调制受到形貌、表面电荷等诸多因素的影响。因此，制造各种纳米结构已成为增强局域表面等离子体共振效应的常用方法。因为纳米结构阵列不仅增加了衬底的粗糙度，而且有助于产生相邻纳米结构阵列之间存在的“热点”，增强其周围的电磁场。目前已制备出多种纳米结构。绝大多数SERS效应存在于具有纳间隙或者纳尖端的纳米结构上。通过沉积贵金属粒子，依靠纳米粒子之间的小间隙获得“热点”效应。但是目前具有纳间隙或者纳尖端的纳米结构通常采用电子束曝光、聚焦离子束等技术，制备工艺复杂，成本高昂。而普通纳米结构阵列的平均周期较大，无法满足生成“热点”的条件(周期在20nm以下)，这意味着纳米结构对SERS效应的增强作用微乎其微。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种纳米针尖结构、复合结构及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题的至少之一。

作为本发明的一个方面，提供一种纳米针尖结构，包括衬底，在所述衬底表面阵列形成多个纳米针尖；其中，每个纳米针尖的顶部直径为10～20nm；所述纳米针尖的高度为200～350nm；相邻纳米针尖的间距为62.5～125nm。

作为本发明的另一个方面，还提供一种如上述的纳米针尖结构的制备方法，包括如下步骤：

转移具有纳米孔阵列的阳极氧化铝模板至衬底上；

采用感应耦合等离子体刻蚀方法对带有阳极氧化铝模板的衬底进行刻蚀，在所述衬底上形成纳米针尖结构；

去除所述衬底上残余的阳极氧化铝模板，完成制备。

作为本发明的再一个方面，还提供一种Ag颗粒/纳米针尖复合结构，包括：

如上述的纳米针尖结构；

Ag颗粒，沉积于所述纳米针尖结构上，形成Ag颗粒/纳米针尖复合结构。

作为本发明的再一个方面，还提供一种如上述的Ag颗粒/纳米针尖复合结构的制备方法，包括如下步骤：

在纳米针尖结构上电子束蒸发沉积银薄膜，退火，形成Ag颗粒/纳米针尖复合结构。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)本发明提供一种纳米针尖结构的制备方法，所述纳米针尖结构的制备方法采用阳极氧化铝(AAO)模板和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀相结合，成本低廉，工艺简单，可以实现大规模制备；

(2)本发明提供一种纳米针尖结构，所述纳米针尖结构的纳米针尖顶部直径只有10nm量级，可以显著增加“热点”效应；