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表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱作为一种非常有效的表征分子吸附行为、分子结构和探测界面特性的工具,应用于越来越多的领域。众所周知,SERS技术有两种被广泛接受的机理:电磁场增强机理和电荷转移增强机理;其中前者贡献了主要的SERS强度,是实现SERS超灵敏检测的基础,而后者强烈依赖于基底与分子的能级结构,对分子电子密度分布的改变非常敏感,间接反映了表面分子和底物界面电荷的相互作用过程,为SERS技术作为界面电荷活动感应手段提供了新的角度。以此为基础,我们提出了基于SERS电荷转移机理研究金属/半导体及半导体/半导体界面电荷转移机制的构想。围绕这一构想,我们构筑了一系列金属/分子/半导体及半导体/分子/半导体体系,以中间分子作为SERS探针,通过SERS探针分子中电荷转移敏感谱带的变化对特定金属/半导体及半导体/半导体界面电荷转移机制进行了研究。本研究对于深刻理解实际器件中界面电荷转移机制以及推动基于化学增强机理的SERS感应在更广阔领域的应用有着重要的意义。本论文构筑了金属/分子/半导体及半导体/分子/半导体体系,利用SERS技术研究了其中涉及的电荷转移过程,推动了SERS在界面电荷转移探究中的应用,主要包括以下几部分:1.有序组装体Ag/MBA/Ti O2电荷转移效应的SERS探究采用层层组装技术制备了Ag/4-MBA/Ti O2电荷转移模型,利用SERS技术对体系内存在的电荷转移过程进行分析。Ag纳米粒子首先通过静电作用固定在Si O2玻片表面,MBA分子巯基一端通过形成Ag-S键吸附在Ag纳米粒子表面,羧基端-COOH裸露在外侧与钛酸四丁酯反应,通过生成的Ti-O共价键连接了Ti O2层与分子层,得到了有序的二维电荷转移模型。通过能级相对固定的二维电荷转移模型,结合入射激光的能量,讨论了SERS模型中涉及的电荷转移过程。紫外光电子能谱测试提供了体系中金属、有机分子以及半导体层的能级分布信息,通过与SERS测试结果以及激光能量的匹配,可以推断出633nm激光激发下电子的跃迁过程。这是首次在探究体系电荷转移过程中将SERS技术与UPS相结合,使整个探究过程更为严谨清晰,为后来类似现象的探究提供了新的思路。2.Ag/MPH/Ti O2界面电荷转移研究:调整Fermi level对电荷转移的影响在上一章的基础上,本章分别在Au和Pt基底上构筑了Ag/MPH/Ti O2电荷转移体系,通过金属-金属相接触实现了对Ag/MPH/Ti O2体系中金属Ag的费米能级位置的调控,进而实现了对Ag/MPH/Ti O2电荷转移过程的调控,验证了SERS作为界面电荷转移感应手段的有效性。组装过程中将层层组装法和sol-gel法相结合,保证了体系的有序性和可控性。通过SERS技术探究了不同Fermi能级位置对应的激发曲线,观察到了由Ag费米能级调整引起的SERS激发阈值的变化,将SERS模型中的电荷转移效应与对应的能级跃迁联系在一起,加深了对金属-分子-半导体体系电荷转移过程的理解,为电荷转移过程的研究提供了充分的信息和新的切入角度,同时本章内容加深了对我们SERS的化学机理的理解。3.基于SERS的金属/分子/半导体有序ALD模型的电荷转移分析将传统的化学组装方法与现代的原子层沉积法ALD与电子束物理气相沉积(EBPVD)技术相结合,在构筑了高度有序可控的二维Ti O2/MBA/Ag,Ti O2/Hf O2/MBA/Ag和Ti O2/MBA/Al2O3/Ag体系作为模型。通过SERS以及其他光谱技术探究了半导体/分子/金属体系中的界面电荷转移效应。在Ti O2/Hf O2/MBA/Ag和Ti O2/MBA/Al2O3/Ag体系中,4 nm的Hf O2和Al2O3绝缘氧化层的引入引起了SERS光谱中非对称振动模式峰的有规律的变化,证明了SERS谱非对称振动模式峰的变化与电荷转移转移过程的相关性,为SERS作为新的界面电荷转移研究工具的实现提供了证据。本章工作对于推动光电模型构筑技术的更新以及SERS技术在半导体-分子-金属界面电荷转移过程中的应用具有重要意义。4.基于SERS的Ti O2/MBA/Pb S双半导体耦合界面电荷转移效应研究首次尝试利用SERS技术进行的双半导体耦合界面电荷转移效应的探究。通过静电作用构筑了Ti O2/MBA/Pb S双半导体体系作为电荷转移SERS模型,我们改进了传统Pb S纳米粒子合成方法,用常用的SERS探针分子对巯基苯甲酸(MBA)分子替代了常用的巯基丙酸(MPA)分子,作为连结Ti O2和Pb S两种半导体的桥梁分子,得到了Ti O2/MBA/Pb S双半导体耦合体系。这是首次通过SERS技术进行双半导体耦合体系的探究,通过比较SERS光谱中对电荷转移较为敏感谱带的变化,发现Ti O2/MBA/Pb S体系中非完全对称振动模式峰强度变化与半导体界面电荷转移过程的发生有着直接的相关性。基于本章研究结果,发现利用SERS技术在半导体纳米粒子界面电荷转移过程中有较好的灵敏度,为未来SERS在界面电荷转移探究方面的应用奠定了基础。