Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) has been widely used to characterize molecular structure and detect single molecule. Several metal nanostructures such as nano-hole, nanogap have been proposed to maximize plasmonic properties and sensitivity. The most important issue for real SERS application is fabrication of sub-10 nm nanogap with well-defined and large-area uniformity. To develop more efficient sensor, designing of near-field localization properties of plasmonic nanostructures is another key factor. In this thesis, we introduce a reproducible and highly-throughput method to make sub-10 nm gap array with ultra-high density and precise gap size control by combining colloidal lithography and directed self-assembly of block copolymers (BCPs). With this method, we fabricated near-field focusing concentric geometric nanoring pattern with sub-10 nm plasmonic gaps. In addition, by controlling the total molecular weight of block copolymers (BCPs) and nano-sphere diameter, the gap distance and near-field focusing properties are maximized. Sur-face-enhanced Raman scattering (SERS) measurements show that concentric nanofocusing structure with sub-10 nm gap arrays has advantage for practical applications.
표면 증강 라만 산란 효과는 다양한 분자의 구조 확인 및 단분자의 탐지에 널리 이용되어왔다. 나노홀, 나노갭과 같은 몇몇 금속 나노구조체들은 플라즈모닉 특성 및 민감도 향상을 위해 널리 사용되어온 구조이다. 또한 표면증강라만산란효과를 이용한 다양한 분야에 적용을 위해서는 10나노미터 이하급의 정렬되고 대면적을 갖는 나노구조체의 형성이 필수적이다. 그리고 더 효율적인 센서를 구성하기 위해 근전기장이 강화될 수 있는 구조의 제안 또한 필요하다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 블록공중합체의 자기조립 방법과 콜로이드 리소그래피 방법을 결합하여 대면적으로 그리고 10 나노이하의 갭을 갖는 나노구조체의 형성에 대한 연구를 진행하였다. 이러한 방법을 통해 근전기장이 강화되는 효과를 지니면서 10 나노크기의 플라즈모닉 나노갭을 효율적으로 형성하였다. 또한 블록공중합체의 분자량 조절 및 폴리스티렌 콜로이드의 직경 조절을 통해 갭의 거리 및 근전기장 효과를 극대화 시켰다. 최종적으로 표면증강라만산란효과의 확인을 통해 본 연구에서 형성한 구조가 실제 표면증강라만산효과를 이용한 다양한 적용에 장점을 갖고 있음을 확인하였다.
