多層垛積金屬納米球陣列及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬納米球陣列制備方法，具體涉及多層垛積金屬納米球陣列及其制備方法
【背景技術(shù)】
[0002]貴金屬(例如金、銀、鉬或鈀)納米球陣列結(jié)構(gòu)是納米光學(xué)及表面等離激元等熱門研究領(lǐng)域中非常關(guān)注的重要結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橄噜徺F金屬納米球的納米間隙能產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁聚焦作用，引起局域場的增強(qiáng)和局域表面等離激元耦合共振，從而導(dǎo)致顯著的光學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)，因此在納米光學(xué)天線、拉曼增強(qiáng)、熒光增強(qiáng)以及生物探測和高分辨生物傳感器件等方面有非常重要的應(yīng)用前景。
[0003]中國專利授權(quán)公告號CN100465345C、CN101698961B 和 CN101551330B 公開了表面等離激元晶體的制備方法，在這些專利中，主要是采用模板法，即先在襯底上形成膠體晶體的模板，之后在模板上沉積金屬納米顆粒，最后去除膠體晶體模板。
[0004]理論報(bào)道多層垛積金屬納米球陣列具有更加優(yōu)異的性能和應(yīng)用前景，但是基于上述制備方法，目前并不能制備多層垛積金屬納米球陣列結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種多層垛積金屬納米球陣列的制備方法，包括下列步驟:
[0006](I)在潔凈的襯底上利用鍍膜工藝生長2nm-10nm的第一金屬膜；
[0007](2)將步驟(I)得到的襯底進(jìn)行第一次退火；
[0008](3)在步驟(2)得到的襯底上利用原子沉積技術(shù)生長厚度為Inm-1Onm的氧化鋁；
[0009](4)在步驟(3)得到的襯底上利用鍍膜工藝生長2nm-10nm的第二金屬膜；
[0010](5)將步驟(4)得到的襯底進(jìn)行第二次退火。
[0011]優(yōu)選的，在所述步驟(3)中，所述原子沉積技術(shù)的溫度為80°C _150°C。
[0012]優(yōu)選的，在所述步驟(3)中生長厚度為3nm-5nm的氧化鋁。
[0013]優(yōu)選的，所述第一次退火的溫度為400°C _500°C，所述第二次退火的溫度為400 0C -500。。。
[0014]優(yōu)選的，所述第一次退火時(shí)間為2.5分鐘-3.5分鐘，所述第二次退火時(shí)間為2.5分鐘-3.5分鐘。
[0015]優(yōu)選的，所述鍍膜工藝包括熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或磁控濺射。
[0016]優(yōu)選的，第一金屬為金、銀、鉬或鈀，所述第二金屬為金、銀、鉬或鈀。
[0017]優(yōu)選的，在所述步驟(5)之后還包括如下步驟:
[0018](6)在步驟(5)得到的襯底上利用原子沉積技術(shù)在80°C _150°C下生長厚度為3nm-5nm的氧化招；
[0019](7)在步驟(6)得到的襯底上利用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或磁控濺射生長2nm-10nm的第三金屬膜，所述第三金屬為金、銀、鉬或鈀；
[0020](8)將步驟(7)得到的襯底在400°C _500°C下退火2.5分鐘-3.5分鐘。
[0021]本發(fā)明還提供了由上述多層垛積金屬納米球陣列的制備方法所形成的多層垛積金屬納米球陣列。
[0022]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大面積和高密度的多層垛積金屬納米球陣列的制備，并且每一層金屬納米球陣列的間隙精確可控。本發(fā)明的多層垛積金屬納米球陣列可用于表面拉曼增強(qiáng)的理想結(jié)構(gòu)基底進(jìn)行高靈敏度生物分子檢測。
【附圖說明】
[0023]以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中:
[0024]圖1至圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例的多層垛積金屬納米球陣列的制備方法的示意圖。
[0025]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例一在襯底上制備的金屬薄膜的SEM圖像。
[0026]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例一在襯底上制備的金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0027]圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例一制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0028]圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例二制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0029]圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例三制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0030]圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例四制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0031]圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例五制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]圖1至圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例的多層垛積金屬納米球陣列的制備方法的示意圖。如圖1所示，選取一表面潔凈的襯底基片I，在襯底基片I上通過熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或磁控濺射等鍍膜設(shè)備在潔凈的襯底基片I上生長2nm-10nm的金屬膜2，該金屬膜2的材質(zhì)可以是金、銀、鉬或鈀，其中所形成的金屬膜2為不規(guī)則的島狀顆粒。如圖2所示，將鍍有金屬膜2的襯底基片I在快速退火爐中退火，其中退火溫度是400°C _500°C，退火時(shí)間2.5分鐘-3.5分鐘，經(jīng)過退火工藝將不規(guī)則的島狀顆粒的金屬膜I變成均勻一致的金屬納米球21。如圖3所示,隨后利用原子沉積技術(shù)在金屬納米球21的表面包覆一層Inm-1Onm的氧化鋁(Al2O3)薄膜3，其中沉積溫度為80°C _150°C。如圖4所示，然后在氧化鋁薄膜3的上面利用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或磁控濺射等鍍膜設(shè)備生長2nm-10nm的金屬膜4，同樣金屬膜4為不規(guī)則的島狀顆粒，該金屬膜4的材質(zhì)可以是金、銀、鉬或鈀，其中金屬膜2可以和金屬膜4為不同金屬材質(zhì)，優(yōu)選金屬膜2和金屬膜4具有相同的材質(zhì)且為金、銀、鉬或鈀中的任意一種。如圖5所示，最后在快速退火爐中退火，其中退火溫度是400°C -500°C，退火時(shí)間
2.5分鐘-3.5分鐘，經(jīng)過退火工藝將不規(guī)則的島狀顆粒的金屬膜4變成均勻一致的金屬納米球41，其中金屬球41位于金屬球21的上方，形成雙層垛積結(jié)構(gòu)。
[0034]在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選氧化鋁薄膜3的厚度是3nm_5nm，在金屬納米球21的表面包覆一層較薄且致密的氧化鋁薄膜3，用于避免第二次退火對金屬納米球21的形狀結(jié)構(gòu)造成影響，對金屬納米球21起到了保護(hù)作用。本發(fā)明的實(shí)施例能夠通過原子沉積技術(shù)精確控制氧化鋁薄膜3的厚度，從而能夠精確控制相鄰層金屬納米球陣列的鄰近間隙。另外，通過控制金屬薄膜的厚度，從而在快速退火后得到直徑大小可控的納米球。本發(fā)明的實(shí)施例可以采用任意的鍍膜工藝在襯底或第一層金屬納米球陣列上生長2nm-10nm的金屬薄膜。其中襯底基片I可以是硅片，還可以是氧化硅片，可以是平整的襯底基片，也可以是具有圖形化的襯底基片。
[0035]以下將對本發(fā)明的多層垛積金屬納米球陣列的制備方法進(jìn)行舉例說明。
[0036]示例一
[0037]選取一塊平整的硅片，依次經(jīng)過丙酮、酒精和去離子水清洗5分鐘，用氮?dú)鈽尨蹈?，之后?80°C的熱板上烘烤5分鐘得到潔凈的硅片，在潔凈的硅片用熱蒸發(fā)生長5nm的金薄膜，如圖6所示，金薄膜為非致密性的島狀結(jié)構(gòu)。之后在快速退火爐中退火，其中退火溫度為450°C，退火時(shí)間為3分鐘，得到如圖7所示的金屬納米球陣列結(jié)構(gòu)，從圖7可以看出，金薄膜在退火后變成了納米級的球狀顆粒，形成的納米金顆粒的直徑大約為30nm。之后在80°C條件下采