【摘 要】
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亚10 纳米间隙结构由于其在纳电子、分子器件、生物探测及传感领域的重要应用潜力而备受关注[1],但是如何实现其大面积、重复性和可控加工仍是一个不小的挑战。本工作提出了一种基于应力诱导断裂加工亚10 纳米间隙结构的方法,对于非晶SiNx 薄膜材料,我们利用微纳米平面加工技术,实现了大面积、可重复、间隙尺度可控及自支撑的纳米间隙阵列的制备。主要工艺过程包括利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法制备高质
【机 构】
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中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室,北京,100190 中国科学院物理研究所北京凝聚态物
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亚10 纳米间隙结构由于其在纳电子、分子器件、生物探测及传感领域的重要应用潜力而备受关注[1],但是如何实现其大面积、重复性和可控加工仍是一个不小的挑战。本工作提出了一种基于应力诱导断裂加工亚10 纳米间隙结构的方法,对于非晶SiNx 薄膜材料,我们利用微纳米平面加工技术,实现了大面积、可重复、间隙尺度可控及自支撑的纳米间隙阵列的制备。主要工艺过程包括利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法制备高质量的SiNx薄膜,再采用电子束曝光(EBL)工艺并通过反应离子刻蚀(RIE)实现SiNx 纳米桥的制备,然后通过湿法腐蚀技术获得自支撑的SiNx 纳米桥。由于纳米桥内应力集中导致断裂,从而形成纳米间隙,纳米间隙的大小与纳米桥的宽度和长度密切相关,通过控制这两个参数可实现从几十纳米到亚10 纳米间隙结构的可控加工,最后通过磁控溅射方法可实现金属化的亚10纳米间隙阵列结构的加工。这种大面积纳米间隙阵列具有纵向贯穿的悬空结构,充分扩展了纳米间隙的内部空间,其分布的金属颗粒可以进一步缩短原有间隙尺度,FDTD 模拟结果表明这种结构具有很强的局域电磁场分布,从而形成空间密度更大的热点效应(Hot-spots),非常利于在表面等离激元器件及其表面增强拉曼(SERS)方面的应用。我们将此方法制备的亚十纳米间隙阵列作为SERS 基底,对罗丹明6G(R6G)分子进行了探测,结果表明这种基底具有极高探测能力,其探测灵敏度可达10-14 M/L,证明这种纳米间隙结构在生物探测及单分子探测领域的巨大应用潜力。
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