表面增強(qiáng)拉曼散射SERS技術(shù)在痕量檢測(cè)中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其性能依賴于活性基底的形貌精度。ZnO作為一種新型半導(dǎo)體薄膜材料，因其本征微米級(jí)表面粗糙度通過(guò)在其表面覆蓋一層貴金屬Au，能夠大大地提升SERS活性。而ZnO膜厚直接影響Au納米顆粒的分布與"熱點(diǎn)"形成。Flexfilm費(fèi)曼儀器提供精準(zhǔn)的膜厚測(cè)試，其中Flexfilm探針式臺(tái)階儀覆蓋納米至微米級(jí)薄膜的精準(zhǔn)檢測(cè)需求。本文利用探針式臺(tái)階儀精確控制ZnO膜厚，研究其對(duì)SERS性能的調(diào)控機(jī)制。

ZnO/Au復(fù)合薄膜基底制作流程

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臺(tái)階儀測(cè)量原理

flexfilm

臺(tái)階儀，又稱探針式輪廓儀，其工作原理是通過(guò)一個(gè)極其精細(xì)的探針在樣品表面進(jìn)行輕微的接觸式劃動(dòng)。當(dāng)探針劃過(guò)樣品表面的臺(tái)階時(shí)，其垂直方向上的位移變化會(huì)被高靈敏度的傳感器捕捉，并將這種機(jī)械位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和處理后，便可精確地計(jì)算出臺(tái)階的高度，即薄膜的厚度。

在該研究中，研究人員在ZnO薄膜樣品上預(yù)先制造出清晰的臺(tái)階邊緣，以便臺(tái)階儀的探針能夠從基底劃到薄膜表面，從而測(cè)量?jī)烧咧g的高度差。

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測(cè)量結(jié)果與分析

flexfilm

ZnO/Au復(fù)合薄膜臺(tái)階儀測(cè)試結(jié)果

根據(jù)臺(tái)階儀測(cè)試結(jié)果，曲線的變化直觀地反映了薄膜表面與襯底之間的高度差。具體數(shù)據(jù)顯示：

臺(tái)階儀測(cè)試數(shù)據(jù)表

左側(cè)高度：平均值為16.8?

右側(cè)高度：平均值為-487.2?

臺(tái)階高度：通過(guò)計(jì)算右側(cè)高度與左側(cè)高度的差值得出，約為-504.0?。

這個(gè)測(cè)量結(jié)果表明，所制備的ZnO薄膜厚度接近 500 ? ，即50nm。這一精確的厚度數(shù)據(jù)與通過(guò)其他表征手段觀察到的薄膜形貌和均勻性，共同驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)制備方法的成功，即成功制備了厚度均勻、致密的ZnO薄膜。

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復(fù)合薄膜SERS性能

flexfilm

ZnO與４種不同濃度的Au納米顆粒的復(fù)合薄膜檢測(cè)RhB的拉曼譜圖

對(duì)比不同Au濃度的增強(qiáng)效果發(fā)現(xiàn)，3g?L?1時(shí)拉曼信號(hào)最強(qiáng)，增強(qiáng)效果最佳；濃度過(guò)高（4g?L?1、5g?L?1）或過(guò)低時(shí)，增強(qiáng)效果均有所減弱。與10??M羅丹明B的拉曼信號(hào)相比，本實(shí)驗(yàn)中3g?L?1Au濃度的復(fù)合薄膜增強(qiáng)效果更顯著，特征峰尖銳，進(jìn)一步驗(yàn)證了該濃度下復(fù)合薄膜的優(yōu)異SERS性能。

薄膜的厚度是影響其物理和化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。在本研究中，精確測(cè)定ZnO薄膜的厚度至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到后續(xù)沉積的金Au納米顆粒的分布狀態(tài)，并最終影響整個(gè)ZnO/Au復(fù)合薄膜的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）效應(yīng)。通過(guò)臺(tái)階儀獲得的精確厚度數(shù)據(jù)，為深入理解復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Flexfilm探針式臺(tái)階儀

flexfilm

在半導(dǎo)體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領(lǐng)域，表面臺(tái)階高度、膜厚的準(zhǔn)確測(cè)量具有十分重要的價(jià)值，尤其是臺(tái)階高度是一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)各種薄膜臺(tái)階參數(shù)的精確、快速測(cè)定和控制，是保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機(jī)
• 亞埃級(jí)分辨率，臺(tái)階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺(tái)結(jié)合Z軸升降平臺(tái)
• 超微力恒力傳感器保證無(wú)接觸損傷精準(zhǔn)測(cè)量

Flexfilm費(fèi)曼儀器作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的薄膜厚度測(cè)量技術(shù)解決方案提供商，研發(fā)的Flexfilm探針式臺(tái)階儀可以準(zhǔn)確測(cè)量ZnO薄膜的表面臺(tái)階高度、膜厚，為半導(dǎo)體復(fù)合薄膜的形貌精度與性能關(guān)聯(lián)研究提供了不可替代的計(jì)量支撐。

原文參考：《ZnO/Au復(fù)合薄膜的制備及SERS性能的研究》

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