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高性能三维纳米结构SERS芯片设计、批量制备与痕量汞离子检测
被引量：
1
1
作者
黄辉
田毅
+4 位作者
张梦蝶
徐陶然
牟达
陈佩佩
褚卫国
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第12期3782-3790,共9页
表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、高灵敏、快速检测痕量重金属离子的光谱技术。通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度,是获得高性能SERS芯片的重要...
表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、高灵敏、快速检测痕量重金属离子的光谱技术。通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度,是获得高性能SERS芯片的重要新途径。提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、批量制备。该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟,通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。模拟结果表明,纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、低两个应力分区,其中,高应力区占图案~72%的面积,其应力均匀性比单层模板提升17%;低应力区分布在图案边缘~28%的区域,可有效减小脱模切应力。当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm,界面应力整体提升1~2个数量级,将显著提高压印成功率。使用不同横向尺寸的单、双层模板进行压印实验结果表明,尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备,这与模拟结果高度一致。在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10^(-12) mol·L^(-1),增强因子达3×10^(8),检测均一性RSD为8.07%。该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10^(-11 )mol·L^(-1)),浓度线性工作范围为5.0×10^(-11)~5.0×10^(-5) mol·L^(-1),跨度达6个数量级,呈现良好的线性关系(R^(2)=0.966),在目前汞离子检测技术中具有显著优势。提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点,推动其实际应用。
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关键词
表面增强拉曼散射(SERS)
痕量检测
纳米压印(NIL)
三维纳米结构
有限元分析
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职称材料
GaN单晶衬底上同质外延界面杂质的研究
被引量：
1
2
作者
邵凯恒
夏嵩渊
+2 位作者
张育民
王建峰
徐科
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2021年第3期441-446,共6页
氮化镓单晶衬底上的同质外延具有显著的优势,但是二次生长界面上的杂质聚集一直是困扰同质外延广泛应用的难题,特别是对电子器件会带来沟道效应,对激光器应用会影响谐振腔中的光场分布。本文通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长...
氮化镓单晶衬底上的同质外延具有显著的优势,但是二次生长界面上的杂质聚集一直是困扰同质外延广泛应用的难题,特别是对电子器件会带来沟道效应,对激光器应用会影响谐振腔中的光场分布。本文通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长的原位处理,实现了界面杂质聚集的有效抑制。研究发现,界面上的主要杂质是C、H、O和Si,其中C、H、O可以通过原位热清洗去除;界面Si聚集的问题主要是由衬底外延片保存过程中暴露空气带来的,其次是氮化镓衬底中Si背底浓度,在外延过程中,生长载气对氮化镓单晶衬底不稳定的N面造成刻蚀,释放的杂质元素会对二次生长界面产生影响,本文较系统地阐明了界面杂质的形成机制,并提出了解决方案。
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关键词
氮化镓衬底
二次生长界面
界面杂质
杂质来源
同质外延
Si聚集
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职称材料
题名
高性能三维纳米结构SERS芯片设计、批量制备与痕量汞离子检测
被引量：
1
1
作者
黄辉
田毅
张梦蝶
徐陶然
牟达
陈佩佩
褚卫国
机构
长春理工大学光电工程
学院
中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室
中国科学院
大学
材料与
光电研究中心
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第12期3782-3790,共9页
基金
国家重点研发计划项目(2017YFA0207104)
北京市自然科学基金面上项目(4202083)
北京市科技新星计划项目(Z191100001119138)资助。
文摘
表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、高灵敏、快速检测痕量重金属离子的光谱技术。通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度,是获得高性能SERS芯片的重要新途径。提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、批量制备。该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟,通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。模拟结果表明,纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、低两个应力分区,其中,高应力区占图案~72%的面积,其应力均匀性比单层模板提升17%;低应力区分布在图案边缘~28%的区域,可有效减小脱模切应力。当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm,界面应力整体提升1~2个数量级,将显著提高压印成功率。使用不同横向尺寸的单、双层模板进行压印实验结果表明,尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备,这与模拟结果高度一致。在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10^(-12) mol·L^(-1),增强因子达3×10^(8),检测均一性RSD为8.07%。该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10^(-11 )mol·L^(-1)),浓度线性工作范围为5.0×10^(-11)~5.0×10^(-5) mol·L^(-1),跨度达6个数量级,呈现良好的线性关系(R^(2)=0.966),在目前汞离子检测技术中具有显著优势。提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点,推动其实际应用。
关键词
表面增强拉曼散射(SERS)
痕量检测
纳米压印(NIL)
三维纳米结构
有限元分析
Keywords
Surface enhanced Raman scattering(SERS)
Design and fabrication of 3D SERS chips
Finite element analysis(FEA)
Nanoimprint lithography(NIL)
Trace detection
分类号
O437.3 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
GaN单晶衬底上同质外延界面杂质的研究
被引量：
1
2
作者
邵凯恒
夏嵩渊
张育民
王建峰
徐科
机构
中国科
学技术大学
纳米
技术与
纳米
仿生
学院
中国科学院
苏州
纳米
技术与
纳米
仿生研究所
上海科技大学物质
科学
与技术
学院
苏州纳维科技有限公司
中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室
出处
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2021年第3期441-446,共6页
基金
国家重点研发计划(2017YFB0404101,2017YFB0403000)
国家自然科学基金(61704187)
中国科学院前沿科学重点研究计划(QYZDB-SSW-SLH042)。
文摘
氮化镓单晶衬底上的同质外延具有显著的优势,但是二次生长界面上的杂质聚集一直是困扰同质外延广泛应用的难题,特别是对电子器件会带来沟道效应,对激光器应用会影响谐振腔中的光场分布。本文通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长的原位处理,实现了界面杂质聚集的有效抑制。研究发现,界面上的主要杂质是C、H、O和Si,其中C、H、O可以通过原位热清洗去除;界面Si聚集的问题主要是由衬底外延片保存过程中暴露空气带来的,其次是氮化镓衬底中Si背底浓度,在外延过程中,生长载气对氮化镓单晶衬底不稳定的N面造成刻蚀,释放的杂质元素会对二次生长界面产生影响,本文较系统地阐明了界面杂质的形成机制,并提出了解决方案。
关键词
氮化镓衬底
二次生长界面
界面杂质
杂质来源
同质外延
Si聚集
Keywords
GaN substrate
regrow interface
interfacial impurity
source of impurity
homoepitaxy
Si accumulation
分类号
O734 [理学—晶体学]
TN304 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高性能三维纳米结构SERS芯片设计、批量制备与痕量汞离子检测
黄辉
田毅
张梦蝶
徐陶然
牟达
陈佩佩
褚卫国
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
1
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下载PDF
职称材料
2
GaN单晶衬底上同质外延界面杂质的研究
邵凯恒
夏嵩渊
张育民
王建峰
徐科
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2021
1
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职称材料
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