基于硅基微纳结构衬底的光操控-表面增强拉曼光谱方法研究

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素,利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。利用飞秒激光湿法刻蚀技术,在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10μm×7μm, 30μm×12μm, 60μm×15μm, 70μm×19μm和90μm×21μm的狭槽线阵,制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。应用光操控技术结合SERS方法,在金纳米溶胶中加入硅基衬底。并将激光对焦在衬底狭槽内,在光辐射压力的作用下,金纳米粒子沿光束的传播方向运动,聚集于微纳结构表面的狭槽内,形成金纳米粒子聚集体,促进"热点"效应,提高SERS探测的灵敏度,实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。实验表明,利用光辐射压力和光梯度力的合力,金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中,形成更多的"热点",从而可大幅提高SERS增强效果。以芘为探针分子,随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强,狭槽截面积为70μm×19μm时达到最强,超过该截面积后,拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级,最低检测浓度为5.0×10^-9 mol·L^-1,在低浓度范围内(5.0×10^-9~1.0×10^-7 mol·L^-1),芘位于588和1 234 cm^-1处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性,其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。以截面积为70μm×19μm的微纳衬底进行了重复性实验,每完成一次实验,关掉激光器,待激光的作用消失,狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中,进行下一次实验。选取微纳衬底8个不同位置,每个位置重复三次实验,衬底不同位置芘的588和1 234 cm^-1两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%,具有较好的重复性。与仅使用金纳米颗粒相比,该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势,同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。研究表明,基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法,可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应,在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。

用于高效太阳电池的硅基微纳结构及制备

介绍了用于高效太阳电池的几种硅基微纳结构的最新研究进展,重点介绍了几种硅基微纳结构的制备方法,如阳极腐蚀制备多孔硅、各向异性制绒以及气液固(VLS)生长纳米线等,并对各种方法的特点作了分析比较,指出了各种方法存在的问题。最后对今后研究的方向做了展望,由于太阳电池在性能提高以及产业应用方面的需求,未来用于高效太阳电池的硅基微纳结构仍是研究的热点之一。进一步提升其对太阳电池效率的优化能力将是研究的重要关注点,而其制备技术也将向着低成本、大规模及可控制的方向发展。

刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微结构

硅基三维微纳结构在红外成像与探测方面具有重要的应用价值。然而,受加工技术的限制,硅基复杂面型三维微纳结构的制备仍然是一个难题。本文提出了利用刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微纳结构。利用激光改性制备的硅的氧化层作为刻蚀掩膜,经过刻蚀实现灰度图形向衬底的转移。研究发现,氧化层的抗刻蚀能力可以通过激光加工参数进行调控,例如,激光功率和扫描间距。通过编程化设计的局部调控的抗刻蚀氧化层图形,刻蚀后实现了台阶状、斜面及曲面复杂三维微结构的可控制备。另外,验证了该技术在特殊面型硅基微光学器件制备中的可行性。

探究Si基微纳集成光波导的理论设计

科学技术的不断发展,高速电路系统的应用也在随之增多,大数据传输的需求量不断增加,对光传输系统也提出了更高的要求.传统的光学系统其传输性能已经不能完全适应新技术发展的要求,需要借助新的技术条件来提高电路系统的传输功能,这也是技术发展的方向.本文提出了包括微米、亚微米以至纳米在内的逐渐变化的微纳集成结构及其光导波,通过相关的理论研究和计算,收集到基于Si基微纳半导体材料的参数设置,对其制作工艺进行简化设计,为电光集成工艺的进一步发展提供了参考.