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拉曼光谱是基于拉曼散射的一种光谱分析手段，但是普通的拉曼光谱的信号较弱，应用受限。表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering，SERS)因为能够获得信号增强的拉曼光谱而备受关注。使用SERS检测手段可以进行无标记的检测，还能够获得分子的指纹式光谱，鉴别分子的种类以及结构，在单分子检测、医疗、生物、电化学分析、农业生产以及材料分析等领域拥有着广泛的应用空间，成为近年来较为重要的光谱分析手段。SERS衬底表面能够获得增强拉曼信号，衬底信号增强能力的大小主要与衬底表面热点的数目和密度有关，热点数目越多，密度越高，衬底对拉曼信号增强的能力越高。本论文主要研究了基于硅片表面结构的SERS效应以及衬底的应用分析，首先比较了化学还原法以及阳极氧化铝(Anodic aluminum oxide，AAO)模板法制备的两种SERS衬底的优缺点;接着结合反应离子注入以及真空镀膜的工艺制作一种基于硅表面三维纳米结构的SERS衬底，分析了不同镀膜厚度对衬底的信号放大能力的影响;最后采用拥有最佳性能的衬底应用于其它物质的检测，研究了衬底在实际领域中的应用。主要研究如下: 1.分别使用化学还原法与AAO模板法在硅表面制各了银纳米点阵列，使用SEM观察两种衬底的表面形貌，采用AAO模板法制各的银纳米点阵列更加有序，而且银纳米点的密度以及大小可以通过改变AAO模板参数进行调整，易于调控。综合比较两种方法，化学还原法的工序较为简单，成本低廉，但是采用该法制备的衬底的EF较弱，AAO模板法制备的衬底拥有更高的EF与信号可重复性; 2.采用时域有限差分法(Finite different time domain，FDTD)模拟了基于三维纳米结构与平面基底的SERS衬底，发现三维纳米结构中的银纳米点缝隙中能够获得更强的局域电磁场强度。采用低能反应离子注入的方法对硅片进行表面处理，硅片表面出现了陡值的墙壁结构，提高了可以制作热点的面积。采用真空镀膜的工艺在墙壁侧面制作可控的银纳米颗粒阵列结构，银纳米颗粒的大小与密度随着镀膜厚度的改变而发生变化。结合两种工艺制备了基于硅表面三维纳米结构的SERS衬底，当镀膜厚度为40nm时，能够制备得到具有最佳增强因子(Enhanced factor,EF)的SERS衬底; 3.探究了镀膜厚度为40nm的SERS衬底的检测极限、衬底性能以及应用领域。采用R6G为探测分子，该衬底的探测极限可以达到10-14M，且拥有良好的信号可重复性与稳定性;另外还探究了镀膜厚度为40nm的SERS衬底的应用领域。采用该衬底检测了常规染色分子:亚甲基蓝(MB)，农业生产中常用的农药:福美双(Thiram)和甲基对硫磷(MP)，以及对环境有着严重危害且不容易吸附在常规SERS衬底表面的一种持续性有机污染物:三氯联苯(PCB3)。本文制作的基于硅表面三维纳米结构的SERS衬底在各个领域的检测中，均获得了高质量的分子光谱，且在不同波长的激发下均能够获得较强的拉曼信号，该衬底在实际中有着很广的应用领域，在POPs的检测领域拥有着巨大的潜力。