本發(fā)明涉及通過拉曼測(cè)試結(jié)果對(duì)于硅基薄膜的結(jié)構(gòu)及成分等分析，尤其是一種利用納米金屬結(jié)構(gòu)表面等離子激元的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)進(jìn)行硅鍺薄膜拉曼散射探測(cè)的方法。

背景技術(shù)：

拉曼散射光譜作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力工具，已經(jīng)有七十多年的歷史。隨著激光技術(shù)的發(fā)展及信號(hào)過濾整合的光纖探頭的出現(xiàn)，體積小、易使用的拉曼光譜儀提供了低熒光本底而高質(zhì)量的拉曼光譜。拉曼散射光譜因其檢測(cè)時(shí)間短、靈敏度高、無(wú)損樣品等特點(diǎn)，已經(jīng)成為一種表征硅材料微結(jié)構(gòu)的有效手段而得到廣泛應(yīng)用。

表面增強(qiáng)拉曼散射（surfaceenhancedramanscattering，簡(jiǎn)稱sers）是將激光拉曼光譜應(yīng)用到表面科學(xué)研究中所發(fā)現(xiàn)的異常的表面光學(xué)現(xiàn)象。由于分子的拉曼散射是分子在外電場(chǎng)作用下極化而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩，交變的偶極矩在再發(fā)射的過程中，受到分子中原子間振動(dòng)的調(diào)制，從而產(chǎn)生拉曼散射光。因此，拉曼散射強(qiáng)度的增強(qiáng)一定來(lái)源于作用于分子上的電場(chǎng)增強(qiáng)或者分子極化率的增加。目前人們提出的這些理論模型可以分為兩大類：電磁增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)。前者對(duì)應(yīng)于物理類模型，其出發(fā)點(diǎn)為sers起源于分子表面局域電場(chǎng)的增強(qiáng)。后者對(duì)應(yīng)于化學(xué)類模型，以金屬與分子間的化學(xué)作用導(dǎo)致極化率的改變?yōu)槌霭l(fā)點(diǎn)。然而很難在某一增強(qiáng)過程中同時(shí)嚴(yán)格定量地區(qū)分兩種增強(qiáng)的貢獻(xiàn)，增強(qiáng)過程涉及分子、表面及其相互作用，因素很復(fù)雜，一般認(rèn)為吸附分子同時(shí)受這兩種機(jī)制的共同作用。

由于電磁場(chǎng)增益系數(shù)較化學(xué)增益系數(shù)大數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，已被研究人員從理論與實(shí)驗(yàn)中證明是表面增強(qiáng)拉曼散射的主要作用機(jī)制。且由于納米級(jí)粗糙度的金屬表面能夠激發(fā)處表面等離子激元，形成強(qiáng)局域場(chǎng)，并耦合形成高能的“熱點(diǎn)”，使得分子中原子間振動(dòng)增強(qiáng)，從而使得拉曼信號(hào)大大增強(qiáng)。該作用機(jī)制已經(jīng)得到國(guó)際上越來(lái)越多的認(rèn)同，并在探測(cè)器的應(yīng)用和單分子檢測(cè)方面發(fā)揮著重要的作用。

硅鍺薄膜具有復(fù)雜的成鍵結(jié)構(gòu)，其復(fù)雜的原子成鍵結(jié)構(gòu)可以在拉曼譜圖中表現(xiàn)出豐富的信息。在硅基薄膜的拉曼散射譜中，由于si-si鍵的lo、ta、la振動(dòng)模及si-ge鍵、si-o鍵及ge-ge鍵等振動(dòng)鍵極化率較低，在拉曼譜圖中具有很弱的峰強(qiáng)，一般不容易觀測(cè)與比較分析。因此在傳統(tǒng)的硅基薄膜材料的分析中，僅能通過si-si鍵的to模來(lái)進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)分析，無(wú)法展現(xiàn)硅基薄膜自身豐富的結(jié)構(gòu)信息。

將表面增強(qiáng)拉曼散射應(yīng)用于硅鍺薄膜材料的探測(cè)中，將硅鍺薄膜中的強(qiáng)度較弱的硅鍺鍵振動(dòng)信息放大，可以顯著的提高硅鍺薄膜中各振動(dòng)鍵的探測(cè)精度，從而為硅鍺薄膜全面的結(jié)構(gòu)分析提供便利條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的旨在為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種獲得硅鍺薄膜表面增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)的探測(cè)方法，該方法中的納米金屬結(jié)構(gòu)可以激發(fā)出高能的表面等離子激元，具有顯著的局域場(chǎng)增強(qiáng)效果。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)了一種將納米金屬結(jié)構(gòu)與硅鍺薄膜材料結(jié)合的方法，其方法包括以下步驟：將玻璃襯底進(jìn)行清潔處理；在玻璃襯底上制備納米金屬結(jié)構(gòu)；在納米金屬結(jié)構(gòu)之上制備硅鍺薄膜材料。

本發(fā)明有益效果是：采用納米金屬顆粒作為硅鍺薄膜的襯底材料，可以有效的利用納米金屬顆粒的表面等離子激元，提高硅鍺薄膜中硅鍺峰的探測(cè)精度。這種結(jié)構(gòu)即可以有效的避免納米金屬顆粒表面等離子激元產(chǎn)生的熒光干擾，同時(shí)可使得表面等離子激元顆粒很好的耦合到硅鍺薄膜材料中，從而使得硅鍺薄膜中各振動(dòng)鍵隨表面等離子激元耦合電場(chǎng)的增強(qiáng)而顯著增強(qiáng)，最終達(dá)到提高硅鍺薄膜拉曼峰探測(cè)精度的效果。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的采用納米金屬結(jié)構(gòu)作為硅鍺薄膜增強(qiáng)拉曼襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的利用熱蒸發(fā)法制備得到的納米ag顆粒形貌圖，sem放大倍數(shù)為10萬(wàn)倍；

圖3為納米ag顆粒作為增強(qiáng)拉曼散射襯底材料得到的本征非晶硅鍺材料的拉曼散射光譜，其中圖(a)給出了沒有采用增強(qiáng)襯底時(shí)的本征非晶硅鍺材料的拉曼散射光譜，圖(b)為增強(qiáng)拉曼散射光譜與原光譜的比較；

圖4為納米ag顆粒作為增強(qiáng)拉曼散射襯底材料得到的本征微晶硅鍺材料的拉曼散射光譜。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

本發(fā)明利用納米金屬結(jié)構(gòu)表面等離子激元的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)進(jìn)行硅基薄膜拉曼散射信號(hào)探測(cè)，包括依次處理或制備：襯底材料a，納米金屬結(jié)構(gòu)m，硅鍺薄膜材料s，采用拉曼散射光譜儀進(jìn)行拉曼散射光譜測(cè)量。其中的納米金屬結(jié)構(gòu)層m具有激發(fā)表面等離子激元的特性，通過表面等離子激元的高能局域電場(chǎng)使得硅基薄膜中的極化場(chǎng)得到增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)提高硅基薄膜拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度的功能。

所述硅基薄膜的襯底材料a為硬襯底（如玻璃襯底）或柔性襯底（如不銹鋼、聚合物）材料。

所述納米金屬顆粒層m制備工藝為蒸發(fā)、濺射、溶膠凝膠、聚焦離子束刻蝕或電子束刻蝕方法制備中至少一種。

所述硅鍺薄膜材料s為非晶硅鍺或微晶硅鍺材料。

所述拉曼散射光譜為共聚焦顯微拉曼或傅立葉紅外拉曼。

實(shí)施例1:

采用熱蒸發(fā)法制備納米ag顆粒作為非晶硅鍺薄膜材料的襯底，得到非晶硅鍺材料的增強(qiáng)拉曼散射光譜。

首先在玻璃上制備納米ag顆粒，采用熱蒸發(fā)制備技術(shù)，襯底溫度為160oc，本底真空為9.8х10^-4pa，蒸發(fā)速率為1?/s，采用晶體探頭在線探測(cè)的等效厚度為20nm。

采用rf-pecvd制備技術(shù)在沉積了納米ag顆粒的襯底上制備非晶硅鍺材料。

采用633nm入射波長(zhǎng)的共聚焦拉曼進(jìn)行硅鍺薄膜材料拉曼散射信號(hào)測(cè)試。直接在玻璃上沉積的非晶硅鍺薄膜的拉曼譜如圖3(a)所示。采用納米ag顆粒作為增強(qiáng)拉曼散射襯底，得到的非晶硅鍺薄膜的拉曼譜如圖3(b)所示，為了比較其增益無(wú)納米ag顆粒增強(qiáng)襯底的非晶硅鍺薄膜拉曼譜也示于圖3(b)中，為黑色曲線所示。

從圖3中可以清晰的看到，當(dāng)采用納米ag顆粒作為襯底材料時(shí)，非晶硅鍺薄膜的拉曼散射信號(hào)出現(xiàn)了整體的顯著增強(qiáng)。且si-ge鍵與ge-ge鍵能夠清晰的顯現(xiàn)出來(lái)，其散射信號(hào)強(qiáng)度大于為適用增強(qiáng)襯底前信號(hào)強(qiáng)度，提高了si-ge鍵與ge-ge鍵的探測(cè)精度。

實(shí)施例2:

采用熱蒸發(fā)法制備納米ag顆粒作為微晶硅鍺薄膜材料的襯底，得到微晶硅鍺材料的增強(qiáng)拉曼散射光譜。

首先在玻璃上制備納米ag顆粒，采用熱蒸發(fā)制備技術(shù)，襯底溫度為160oc，本底真空為9.8х10^-4pa，蒸發(fā)速率為1?/s，采用晶體探頭在線探測(cè)的等效厚度為20nm。

采用rf-pecvd制備技術(shù)在沉積了納米ag顆粒的襯底上制備微晶硅鍺材料。

采用633nm入射波長(zhǎng)的共聚焦拉曼進(jìn)行硅鍺薄膜材料拉曼散射信號(hào)測(cè)試，得到的采用納米ag顆粒作為微晶硅鍺材料拉曼襯底材料以及直接制備在玻璃襯底之上的微晶硅鍺薄膜的拉曼散射信號(hào)如圖4所示。

從圖4中可見，采用納米ag顆粒作為微晶硅鍺材料拉曼襯底材料的微晶硅鍺薄膜的拉曼散射光譜同樣出現(xiàn)了整個(gè)譜域上的整體增強(qiáng)，且si-ge鍵與ge-ge鍵也得到了提高，提高了其探測(cè)精度。同時(shí)應(yīng)該指出增強(qiáng)拉曼散射光譜中拉曼峰值位置的保持不變，表明納米ag顆粒的高強(qiáng)局域電場(chǎng)在提高硅鍺薄膜中拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)，沒有引起硅鍺薄膜結(jié)構(gòu)的改變。

綜上，本發(fā)明提供了一種提高硅鍺薄膜中拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度的方法，該方普遍適用于非晶硅鍺與微晶硅鍺薄膜材料。且無(wú)論是非晶硅鍺薄膜的增強(qiáng)拉曼散射光譜還是微晶硅鍺薄膜的增強(qiáng)拉曼散射光譜均保持了與原散射光譜相同的形狀與峰值位置，表明納米ag顆粒的引入沒有造成硅鍺薄膜結(jié)構(gòu)的演變，保持了材料的原有特性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。