漂移法成膜
1902年R. W. Wood在光学实验中首次发现了表面等离子体共振现象, 其原理是金 (Au) 或银薄膜表面存在大量的自由电子, 当光照射到金属表面时, 电子受光波作用发生集体共振, 当其与入射光波的频率相等时, 就会发生表面等离子体振荡效应，从而产生强烈的吸收峰, 即表面等离子体共振 (surface plasmonresonance, SPR) 现象. 连续的金属薄膜电子浓度很高, 所以等离子波的振荡频率很大,为10 THz左右, 不容易观察到. 但是随着纳米技术的飞速发展,采用聚焦离子束刻蚀(focused beamion, FBI)、电子束刻蚀(electron beam lithography,EBL)技术和纳米球刻蚀技术(nanosphere lithography, NSL)制备出周期排列的金或银纳米结构, 这些不连续的金属颗粒中的自由电子数与金属薄膜相比大大减少, 其振荡频率也随之大幅度降低;同时,共振波长增强的电场通过金属/介质界面迅速衰减,因此称为局域表面等离子体共振 (localized surfaceplasmon resonance, LSPR)现象. LSPR现象已被广泛应用到生物化学传感器, 光电子集成器件等多个领域,LSPR光谱峰位对颗粒的形状、大小、分布及周围环境的变化非常敏感. 尽管国内外有很多关于LSPR研究成果的报道, 进一步降低制备金属纳米结构工艺费用仍是研究热点之一。
纳米球刻蚀技术最早由美国的H.W.Deckman和J.H.Dunsmuir首次将自组装聚苯乙烯(polystyrene spheres, PS) 纳米球单层膜用于薄膜材料的制备工艺中作为刻蚀和沉积的掩膜板, 并命名为Natural Lithography. 其后, Hulteen和Van Duyne发展了Deckman的工作, 并提出很多开创性的改进, 将他们的方法称为纳米球刻蚀技术. 它是利用尺寸均一的纳米球自组装成单层或双层的密堆积结构作为掩膜板结合蒸镀或溅射技术制备周期排列的纳米点阵的方法, 具有成本低, 工艺简单和能够制备大面积微结构的优点, 受到物理、化学和材料学等领域研究尺寸相关材料的科研人员的广泛关注.NSL技术中又发展出滴定法, 电泳法,提拉法和漂移法等, 其中漂移法与其他方法比较,具有掩膜板成型度好, 成型面积大等特点。
北京交通大学理学院李娆等人采用纳米球刻蚀技术中漂移法在玻璃基片上制备较大面积不同直径的聚苯乙烯小球掩模板, 采用磁控溅射技术在掩模板上沉积不同厚度的金薄膜, 去除聚苯乙烯小球后, 通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角状金纳米颗粒点阵. 通过紫外-可见分光光度计测试所制备样品的光吸收特性, 发现表面等离子体共振峰随粒径增大发生红移, 随金纳米颗粒高度增加发生蓝移.这与由理论公式计算结果和文献报道的结果一致.