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(yīng)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(lèi)社會(huì)的發(fā)展,對(duì)于光的研究一直沒(méi)有停止過(guò)。進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)后,光與物質(zhì)的相互作用成為現(xiàn)代光學(xué)研究的重要部分,尤其是關(guān)于電磁波與亞波長(zhǎng)尺寸結(jié)構(gòu)相互作用的研究。表面等離子體激元光學(xué)(Plasmonics)的發(fā)展,給光學(xué)研究開(kāi)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(shí)現(xiàn)在亞波長(zhǎng)尺寸的近場(chǎng)光學(xué)增強(qiáng)效果,所以亞波長(zhǎng)尺寸結(jié)構(gòu)的制方法的研究和實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展是十分必要的。對(duì)于可見(jiàn)光波段(400nm～700nm)來(lái)說(shuō),亞波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尺寸在幾百納米以下,一般的機(jī)加工的方法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,所以需要開(kāi)發(fā)其他的方法,目前制備亞波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)大范圍微結(jié)構(gòu)的刻寫(xiě),如大面積的光柵。而多種多樣的光刻技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的刻寫(xiě)并且具有刻寫(xiě)速度快、刻寫(xiě)面積大的優(yōu)點(diǎn),克服了機(jī)加工方法分辨不足和離子/電子束刻蝕的效率低下的缺點(diǎn)。所以光刻是一種非常有效、簡(jiǎn)單的微納結(jié)構(gòu)制備的方法。表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)效應(yīng)是指在金屬良導(dǎo)體表面,比如Au、Ag等貴金屬,由于活性基底表面的電磁場(chǎng)增強(qiáng)導(dǎo)致吸附在該活性基底上的待測(cè)分子的拉曼散射信號(hào)大大增強(qiáng)的現(xiàn)象。關(guān)于SRES機(jī)理的研究表明：電磁場(chǎng)增強(qiáng),即表面等離子體共振(Surface plasmon resonance, SPR)引起的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng),是表面拉曼散射增強(qiáng)效應(yīng)最主要的原因;另外導(dǎo)致這種幾個(gè)數(shù)量級(jí)的散射信號(hào)增強(qiáng)原因還包括化學(xué)能的變化等。物理機(jī)制和化學(xué)機(jī)制共同作用下導(dǎo)致了SERS效應(yīng),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(wú)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(jìn)行光學(xué)刻寫(xiě)來(lái)制備光柵,由于脈沖激光的瞬間功率很高,所以刻寫(xiě)過(guò)程中曝光時(shí)間極短,可以保證刻寫(xiě)的結(jié)構(gòu)邊緣的沒(méi)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(fù)制為純金屬光柵。2. 利用數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)進(jìn)行光學(xué)直寫(xiě),靈活的刻寫(xiě)圖案,包括2D圖案和3D結(jié)構(gòu)：并且將DMD和六棱鏡復(fù)合使用進(jìn)行多光束干涉光刻,制備了三種樣式的點(diǎn)陣,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)多光束干涉光刻光路的簡(jiǎn)化。3. 利用數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)直寫(xiě)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(diǎn)和特色如下：1. 利用DMD與多面棱鏡結(jié)合進(jìn)行光學(xué)刻寫(xiě),利用簡(jiǎn)潔的光路可以制備樣式繁多的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)刻寫(xiě)圖案的多樣化和刻寫(xiě)光路的簡(jiǎn)單化；使用DMD進(jìn)行了無(wú)掩膜投影光刻,作為一種高效、簡(jiǎn)單、廉價(jià)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(jìn)行了SERS的研究,即針對(duì)角度大小對(duì)于表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)的影響進(jìn)行研究。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN305.7

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本文編號(hào)：1138803