周期性纳米结构在纳米光子学、生物传感、化学分析、光伏发电等领域拥有巨大的应用潜力,是近年来纳米科学领域研究的热点之一。纳间隙或纳尖端周期性贵金属纳米结构具有独特的电磁学特性,是高灵敏度SERS检测的理想基底,其制备工艺和性能研究受到了广泛关注。可以通过“自上而下”和“自下而上”两种方法实现纳尖端、纳间隙结构阵列的可控制备。但是,离子束刻蚀、纳米压印等“自上而下”的方法,设备昂贵,制备效率低,不适合批量化生产;纳米球光刻等“自下而上”的方法具有成本低廉、制备效率高等优点,但是其自组装过程缓慢、结构形貌有限等缺点限制了其进一步应用。针对高性能SERS基底的应用需求,建立了微纳融合制备方法,实现了纳间隙、纳尖端周期性结构的可控制备,优化了周期性纳米结构的构型和尺寸参数,仿真了纳间隙、纳尖端周期性结构的电磁场分布,分析了表面等离子体共振性质随周期性纳米结构阵列参数的变化关系,实现了高灵敏度SERS基底的高效可控制备。主要研究工作和结果如下:1.针对大面积周期性纳米结构的高效可控制备需求,将旋涂、等离子体刻蚀等微加工工艺与纳米球光刻技术有机融合,建立了一种大面积周期性纳米结构的高效制备工艺方法。采用旋涂技术对多种粒径聚苯乙烯胶体球进行自组装,实现了晶圆级二维有序胶体晶体的可控制备,胶体晶体覆盖率可达90%以上;以单层PS胶体晶体为模板,利用等离子体刻蚀技术、金属沉积技术,实现了周期性硅纳米孔结构、金属纳米孔结构和月牙形纳米结构的可控制备,验证了该方法的高效可控性。2.针对周期性“纳间隙”结构的应用需求,基于微纳融合制备方法设计了两种周期性“纳间隙”结构的工艺路线,分别实现了周期性PIB结构和纳米棒结构的高效可控制备。结果表明,周期性PIB结构局域电场最大增强倍数可达80以上,拉曼增强因子约为1.12×107。周期性纳米棒结构中纳米间隙的密度约为1.13×107/mm2,对R6G溶液的检测极限低至10-8mol/L。3.针对周期性“纳尖端”结构的应用需求,基于微纳融合制备方法实现了金字塔和六角星锥两种周期性“纳尖端”结构的可控制备。周期性金字塔结构脱模于(100)硅片的四面体型纳米孔,可以由全金或金-PDMS两种材质制备,在平面或曲面上均可制备。周期性六角星锥结构基于双层PS胶体晶体掩模的金属动态沉积技术制备,具有高密度尖端和棱角。理论分析与实验研究表明,周期性金字塔结构和六角星锥结构的电磁场在尖端处聚集,具有良好的SERS性能。4.针对密堆型周期性纳米结构工艺鲁棒性不佳的问题,提出了一种动态掩模和过刻蚀相结合的密堆型周期性三角纳米锥结构制备方法。结果表明,周期性三角纳米锥结构的密堆特征不易受到工艺参数波动的影响,具有很好的工艺鲁棒性。