多層垛積金屬納米球陣列及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]貴金屬(例如金、銀、鉬或鈀)納米球陣列結構是納米光學及表面等離激元等熱門研究領域中非常關注的重要結構，這是因為相鄰貴金屬納米球的納米間隙能產生很強的電磁聚焦作用，引起局域場的增強和局域表面等離激元耦合共振，從而導致顯著的光學增強效應，因此在納米光學天線、拉曼增強、熒光增強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用前景。
[0003]中國專利授權公告號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]理論報道多層垛積金屬納米球陣列具有更加優異的性能和應用前景，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構。

【發明內容】

[0005]針對上述現有技術，本發明的一個實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)得到的襯底進行第二次退火。
[0011]優選的，在所述步驟(3)中，所述原子沉積技術的溫度為80°C _150°C。
[0012]優選的，在所述步驟(3)中生長厚度為3nm-5nm的氧化鋁。
[0013]優選的，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]優選的，所述第一次退火時間為2.5分鐘-3.5分鐘，所述第二次退火時間為2.5分鐘-3.5分鐘。
[0015]優選的，所述鍍膜工藝包括熱蒸發、電子束蒸發或磁控濺射。
[0016]優選的，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、電子束蒸發或磁控濺射生長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]本發明實現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。本發明的多層垛積金屬納米球陣列可用于表面拉曼增強的理想結構基底進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明實施例作進一步說明，其中:
[0024]圖1至圖5是本發明較佳實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是根據本發明的示例一在襯底上制備的金屬薄膜的SEM圖像。
[0026]圖7是根據本發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是根據本發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是根據本發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是根據本發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是根據本發明的實例四制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
[0031]圖12是根據本發明的實例五制備的多層垛積金屬納米球陣列的SEM圖像。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實施例對本發明進一步詳細說明。
[0033]圖1至圖5是本發明較佳實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、電子束蒸發或磁控濺射等鍍膜設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的材質可以是金、銀、鉬或鈀，其中所形成的金屬膜2為不規則的島狀顆粒。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，退火時間2.5分鐘-3.5分鐘，經過退火工藝將不規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、電子束蒸發或磁控濺射等鍍膜設備生長2nm-10nm的金屬膜4，同樣金屬膜4為不規則的島狀顆粒，該金屬膜4的材質可以是金、銀、鉬或鈀，其中金屬膜2可以和金屬膜4為不同金屬材質，優選金屬膜2和金屬膜4具有相同的材質且為金、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，退火時間
2.5分鐘-3.5分鐘，經過退火工藝將不規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，形成雙層垛積結構。
[0034]在本發明的實施例中，優選氧化鋁薄膜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的形狀結構造成影響，對金屬納米球21起到了保護作用。本發明的實施例能夠通過原子沉積技術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。本發明的實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]以下將對本發明的多層垛積金屬納米球陣列的制備方法進行舉例說明。
[0036]示例一
[0037]選取一塊平整的硅片，依次經過丙酮、酒精和去離子水清洗5分鐘，用氮氣槍吹干，之后在180°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生長5nm的金薄膜，如圖6所示，金薄膜為非致密性的島狀結構。之后在快速退火爐中退火，其中退火溫度為450°C，退火時間為3分鐘，得到如圖7所示的金屬納米球陣列結構，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