文献综述
表面增强拉曼光谱(SERS)以其独特的指纹特性和高灵敏特点,在微量物质的检测方面具有无可比拟的优势,而得到了广泛关注。其中稳定有效的增强基底的开发是SERS技术研究的关键和难点。多孔金膜是一个有效的SERS基底,其稳定可靠的制备方法一直是一个热门研究领域【8】。现有的制备纳米多孔金属的几种常用方法有:模板法、脱合金法与电化学法。合金法制备多孔金膜是一个比较有效的SERS基底的制备方法。脱合金法指的是利用一定的物理或化学手段,将合金中的部分组元去除,从而获得纳米多孔金属的一类方法。在去除合金组元的过程中,剩余合金组元的原子通过迁移、扩散,将自发形成纳米尺度的多孔结构【9】。由于脱合金化过程中,纳米多孔结构会不断演化,因此,可以通过对脱合金化工艺的调控,获得具有不同特征尺寸的纳米多孔结构【7】。其中,合金模的制备是关键点。
现代科技社会下,薄膜材料的应用已经越来越广泛,而薄膜材料的制备技术也在高速的发展着。20世纪 30年代,真空镀膜技术开始兴起,并开始由实验室进入工厂,只用了短短五十年,真空镀膜技术便凭借其技术原理简单、设备制造容易、占地少、经济实用、安全可靠等优点迅速占领了市场。真空镀膜技术是指在真空环境下通过加热蒸发金属等材料,使材料气化并附着于产品表面,形成均匀美观的薄膜而改变产品表面性质的一种技术。真空镀膜设备包含很多种类,有真空离子蒸发 ,磁控溅射 ,MBE分子束外延 ,PLD激光溅射沉积等。真空镀膜主要有两种方式:热蒸发镀膜法和磁控溅射法。热蒸发镀膜一般是将靶向材料加热,使其表面组分以原子团或者离子形式被蒸发出来并沉降在基片表面,最后通过成膜过程(散点-岛状结构-迷走结构-层状生长)形成薄膜。对于溅射类镀膜,则可以简单理解为利用高能激光或电子轰击靶材,使其表面组分以原子团或离子形式被溅射出来,最终沉积在基片表面,经历成膜过程形成薄膜【10】。热蒸发镀膜法中还有两种常见的加热法式:电阻加热式和电子枪加热式。电阻加热式是通过通电使电阻发热,达到加热镀膜材料的目的;而电子枪加热式是用电子枪发出的电子束直接撞击镀膜材料,从而产生热量加热镀膜材料[1]。真空镀膜技术的显著特点有5个:a可用材料范围广,制膜材料以及被镀件材料都是如此,无论是金属、金属合金、金属间的化合物、陶瓷或有机物质等都可以用来蒸镀各种金属膜和介质膜,而且还可以同时蒸镀不同材料而得到多层膜。b可以保证镀膜厚度的均匀性。在成膜过程中可以对镀膜的厚度进行比较精确的测量和控制。c可以制成不同性质的薄膜。通过微调阀可以控制镀膜室中气体的成分和含量以形成不同性质的膜。d镀膜过程的可连续化大大提高了产品的产量。e镀膜法附着力强、膜纯度高、密实性好、表面光亮,机械性能和化学性能远高于电镀膜和化学膜【2】。以往的电镀法在各个工业领域中应用已久,具有设备简单,工艺成熟,操作简单等优点,然而其镀层厚度不均匀,有麻点、脱皮、硬刺、海绵状和树枝状的积层、光洁度也不够等缺点。更为严重的是电镀是重污染行业,每年都会耗费大量的水、电、金属等资源,并产生有毒物质如铬,氰化物等。电镀层中也同样存在铬、镍等易引起皮肤癌的物质,对人体有较大的伤害【4】。
真空热蒸发技术是薄膜制备工艺中一种重要的技术手段,而蒸发电流、沉积时间、衬底温度以及真空度作为热蒸发制备薄膜的重要工艺参数,对薄膜的晶体结构和表面形貌有很大的影响。[3]在此,本实验重点研究了蒸镀舟、蒸发电流和蒸发源与样品间距对蒸镀效果的影响。市面上的钼舟都是凹口型的,且钼舟各处宽度相同,电流均衡流过各处。自制舟的目的在于增大凹槽处的电流,使其更易发热,从而缩短蒸镀时间。同时,蒸发电流越大,蒸镀时间也会缩短。蒸发源与样品的距离则会影响镀膜的厚度,距离越近,镀膜厚度越厚。蒸镀舟选择了由钼材料的金属片制成的市场采买款和自制款进行比对。作为真空微电子行业不可或缺的关键材料,钨钼材料都具有优异的高温性能,被广泛应用于电光源、微波管、开关管、电子束管、半导体、计算机等中,几乎涉及电子工业的各个领域。然而综合考虑材料和工艺等因素,钼具有的高熔点比钨略低,更易于加工成型,而化学性能上也是钼更为稳定、更不易吸附气体。【5】且钼材料的延展性和韧性都较优,故而载舟大多都是钼材料的。
本实验将采用真空蒸镀法中热蒸发镀膜法的电阻加热式对铜材料和金材料进行蒸镀[6],同时分别控制钼舟的尺寸,电流大小,蒸发源和Si衬底间的距离制备品质较优的合金膜,达到获得较优实验参数的目的。
参考文献
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[2]林 杰,亚振国,丁国利,等.真空蒸发镀膜技术的应用[J].煤矿机械,2000(2):24-25.
[3]肖 飞,曾体贤,杨 辉,等.基于 Si 衬底的 CdSe 薄膜蒸镀工艺研究[J].人工晶体学报,2017,46(2):334-337.
[4]陈宝清,董 闯.真空离子镀技术研发历程及应用[J].电镀与精饰,2013,35(8):36-40.
