表面增强拉曼散射（SERS）作为一种超灵敏的微量检测技术受到广泛关注。由于贵金属（金、银等）具有表面等离子体共振效应,常被用作SERS基底。然而贵金属SERS基底易被氧化、生物相容性差,不利于规模化生产。与金属基底相比,半导体SERS基底具有化学性质稳定、无毒和价格低廉等诸多优点,逐渐成为一种新颖的SERS基底材料。深入研究半导体材料的SERS增强机理,探索有效提高半导体SERS性能的普适方法,对推动SERS技术的发展和实际应用具有重要意义。在半导体SERS基底材料中,掺杂氧化钨,特别是非化学计量比的W₁₈O₄₉,具有丰富的表面态和杂质能级,非常适合用于研究半导体SERS基底的化学增强机制。本文将W₁₈O₄₉基底作为主要研究对象,研究了氧空位掺杂和载流子掺杂两种方式对SERS性能的影响,以期探索提升SERS性能的普适方法。第一章介绍课题研究背景及研究意义。第二章介绍理论计算方法、实验制备与表征方法。第三章用杂化密度泛函（HSE06）方法研究了钨氧化物的电子结构,得到未掺杂六角WO₃的带隙值为2.09 eV,与实验值相符。进一步研究载流子掺杂和氧空位掺杂对钨氧化物电子结构的影响,发现电子掺杂使WO₃的导带底向低能方向移动,而空穴掺杂使WO₃价带顶向高能方向移动。进一步研究了实际的氧空位对WO₃电子结构的影响,发现氧空位在禁带中引入杂质能级,能够增加半导体中电子跃迁几率。第四章对第一性原理计算的氧空位掺杂效应进行实验验证。采用水热法合成了富含氧空位的非化学计量比材料W₁₈O₄₉,以此为增强基底观察到了R6G的SERS信号;通过高温退火的方法使W₁₈O₄₉完全氧化为不含氧空位的WO₃,发现WO₃对R6G并无拉曼增强效果。两种基底情形对比表明氧空位对提升半导体基底SERS性能具有重要作用。同时发现随着R6G浓度降低,W₁₈O₄₉的增强因子逐渐变大,最终R6G的检测极限浓度达10^-77 M,证明了以半导体材料为增强基底的SERS技术在微量检测中具有很好的应用前景。第五章通过实验验证第一性原理计算的电子掺杂效应。通过光还原法在W₁₈O₄₉纳米线表面负载银纳米颗粒,在532 nm激光照射下银纳米粒子会发生表面等离子体共振,产生“热电子”并转移到W₁₈O₄₉表面,从而实现电荷掺杂的目的。结果发现,负载银以后的W₁₈O₄₉基底的SERS增强因子是未负载情况下的1.75倍。另外,通过具有供电子基团的有机物4-ATP对W₁₈O₄₉表面进行修饰,4-ATP通过NH₂基吸附于W₁₈O₄₉的表面能够增加W₁₈O₄₉的表面电荷浓度从而实现电子掺杂。结果与金属负载类似,修饰后的SERS基底性能明显提高,其增强因子大约是原来的1.5倍。实验证明增加半导体表面电荷浓度能够在一定程度改善SERS性能。第六章对得到的结果进行总结,从理论和实验两个角度证明氧空位掺杂和电子掺杂两种方式能够有效提升W₁₈O₄₉作为SERS基底的增强因子,为改善半导体基底的SERS性能提供了两种有效途径。最后对SERS技术研究进行了展望。