賴昆佑

本研究嘗試結合氧化鋅(ZnO)奈米柱與金屬奈米粒子，探討此種複合結構對表面增益拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)的影響。ZnO 有兩種結構，六方纖鋅礦結構和立方閃鋅礦結構。這兩種晶體結構具有對稱性，因此具有壓電效應的特性，在應用上可發展為表面聲波元件、氣體偵測器等等。為了製作出具有SERS-active 的基板，我們使用水熱合成法，在低溫的環境下，在矽基板上合成大面積且分布均勻的ZnO 奈米柱。為了引發侷域表面電漿效應，我們在奈米柱上蒸鍍金屬，並利用快速退火的方式，把金屬薄膜形變為金屬奈米顆粒。金屬奈米顆粒形成的侷域表面電漿共振效應，會讓金屬奈米顆粒之間出現「熱點」，也就是拉曼訊號被極度放大的區域，這個放大訊號的機制，可用來偵測表面分子的濃度。 我們嘗試不同厚度的金屬薄膜: 10、20、30、40、50 nm，探討金屬厚度對表面增益拉曼效應的影響。找到效果最佳的厚度後，我們再以不同退火溫度: 300、400、500 ℃，探討退火溫度對表面增益拉曼效應的影響。 為了評估奈米結構的靈敏度，也就是可偵測的最低濃度，我們調製不同濃度的R6G(rhodamine 6G)螢光分子，並量測相對應的拉曼強度。量測結果顯示，這種奈米結構的SERS 基板可測到濃度低達10-9 M 的R6G 分子，而無ZnO 奈米結構的SERS，只能測到濃度在10-3M 以上的R6G。增益因數為1.5×104，此結果證實ZnO 奈米柱和金屬奈米粒子的結合，能提升拉曼訊號的強度。