等离子体辅助纳米结构大面积自组织制造技术课件

1、等离子体辅助纳米结构大面积自组装制造技术主讲人：刘文耀2015年11月2日Outline231纳米结构的应用背景纳米粒子的自组装过程面向高灵敏生化传感应用等离子体辅助纳米结构大面积自组装制造技术 单一维度或多个维度尺寸达到纳米级 尺寸效应优异 对光的反射率很低，约几微米的厚度就能完全消光制作高效率的光热、光电等转换材料、红外敏感元件、红外隐身技术纳米结构的性能及应用：兼容MEMS工艺，与微纳器件集成，在力学、电学、生化传感等领域具有更广泛的应用前景！比表面积/表面活性大用于催化等方面电子和光子传输维度受限 新物理量子特性(表面拉曼增 强效应)生物分子传感器Outline231纳米结构的应用背景

2、纳米粒子的可控制造过程面向高灵敏生化传感应用等离子体辅助纳米结构大面积自组装制造技术1.纳米颗粒结构可控合成方法研究-气态凝聚技术超高真空环境，磁控溅射产生带电原子，经过冷凝区凝聚成带电纳米颗粒；调控四极质量过滤器的极子交直流电压比，精确筛选特定质荷比颗粒；采用纯物理的方法合成纳米颗粒。纳米颗粒沉积系统纳米颗粒可控制备过程纳米颗粒的筛选金纳米颗粒形貌模型通过改变通道距离(L)、功率、交直流电压比(U/V) 以及气体流量调控粒径尺寸；采用分子动力学方法，结合气态凝聚机理，建立颗粒的可控纳米合成模型；电压比气流量功率通道距离不同粒径的金纳米颗粒制备了不同粒径、密度的纳米颗粒可控粒径尺寸5nm20n

3、m，尺寸纯净度高于80%；对衬底辅助施加高电压，实现圆片级密度不同的纳米颗粒薄膜。不同密度的纳米颗粒合成生长了不同材料的纳米颗粒Au，Ag，Cu，ZnO等纳米颗粒；合成生长了不同形貌的纳米颗粒结构，呈现球状、棒状、棱边状等。银纳米颗粒金纳米颗粒铜纳米颗粒氧化锌纳米颗粒铜纳米颗粒氧化锌纳米颗粒银纳米颗粒2.等离子体辅助纳米结构大面积自组装制造过程Ostwald Ripening效应，大粒子比小粒子表面能低，在总界面自由能趋性降低驱动下，小粒子趋向大粒子，逐渐溶解，大粒子摄取小粒子生长；Ostwald Ripening效应Plasma 技术具有大面积腔体范围内等离子体均匀分布特性，实现圆片级二维纳

4、米结构粒径、密度、组分可控制造。圆片级制造加工工艺流程不同Plasma时间制备纳米结构不同Plasma功率制备纳米结构Plasma功率越大、时间越长，纳米颗粒的粒径越大；调控Plasma工艺技术的功率、时间、气流量，可控制造二维纳米薄膜。0 W5 W10 W20 W1.5 min6 min8 minplsama元素重量原子百分比百分比O K3.9621.77Ag L96.0478.23总量100.00元素重量原子百分比百分比O K7.1734.23Ag L92.8365.77总量100.00元素重量原子百分比百分比O K11.4346.52Ag L88.5753.48总量100.00(b)(c

5、)(d)不同O2:Ar比制备纳米结构不同O2:Ar比制备的纳米结构能谱图调控Plasma气体O2组分，实现二维纳米薄膜材料形貌、粒径、密度、类别可控。O2/Ar=0:100%O2/Ar=100%:0O2/Ar=50%:50%O2/Ar=25%:75%不同区域颗粒粒径不同区域含O2量圆片级纳米薄膜结构均匀性表征示意图采用Plasma技术，制备了3英寸圆片级二维纳米薄膜结构；Plasma等离子分布不均匀导致原片边缘不均匀，原片均匀度大于80%。Outline231纳米结构的应用背景纳米粒子的可控制造过程等离子体辅助纳米结构大面积自组装制造技术面向高灵敏生化传感应用纳米颗粒粒径为6nm时，退火温度到

6、达500C，拉曼增强效应最明显；激光与纳米线的入射角度平行时，拉曼增强效应最明显。不同粒径不同退火温度激发与纳米线角度不同不同沉积时间生化传感灵敏度影响因子： Localized Surface Plasmons (LSP) 6 nm15 min500 C平行Si和SiO2衬底上制备的纳米薄膜结构的拉曼光谱Ar气处理不同时间O2气处理不同时间Ar气处理不同功率拉曼增强效应与处理功率和时间有关；SiO2衬底相比Si衬底具有更加强的拉曼增强效应；相比氧气(O2)处理，氩气(Ar)处理具有更高的拉曼增强效应。激光从周期性结构顶端开始沿着结构平行移动 低维纳米结构与探测分子的拉曼信号共振产生增强有极大的关系。 Localized Surface Plasmons (LSP)周期性结构顶端（纳米线区域）比其他结构区域（粗糙纳米薄膜）表面拉曼增强效应强度高约3倍；有序纳米结构相比无序纳米结构具有更高的灵敏度。纳米线结构利用奇点结构电磁增强效应，结合自组装技术，制备的纳米结构，实现准单分子量级生物分子检