[發(fā)明專利]一種表面等離子體共振的太赫茲傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410637244.0
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104316498B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王豐;曹俊誠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太赫茲傳感器，特別是涉及一種表面等離子體共振的太赫茲傳感器。

背景技術(shù)

太赫茲波段是介于中紅外與微波之間的、在頻譜上未被完全開發(fā)的波段，被稱為“太赫茲空隙”。它在物理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、天文學(xué)、信息和國防科技等方面具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。由于太赫茲波段的重要學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值，近幾年來太赫茲物理、器件及應(yīng)用已成為國際上最熱門的前沿研究領(lǐng)域之一。

表面等離子體共振技術(shù)是二十世紀九十年代發(fā)展起來、一種能靈敏測量被測物體介電函數(shù)變化的技術(shù)。該技術(shù)在物理、化學(xué)和生物方面有著非常廣泛的應(yīng)用，尤其是運用在實時監(jiān)測生物大分子相互作用上。表面等離子體共振生物傳感器經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為生命科學(xué)和制藥領(lǐng)域一種重要的研究工具。

通過對太赫茲波譜的研究，發(fā)現(xiàn)很多生物大分子在太赫茲波段存在特征峰。而目前對生物大分子的波譜分析主要采用太赫茲時域波譜分析儀。生物大分子的相互作用過程分析需要一種能實時監(jiān)控的太赫茲傳感器。

由于普通棱鏡在太赫茲波段的折射率比較低，同時金屬在太赫茲波段的折射率比較高，因此適用于現(xiàn)有表面等離子體共振傳感器的普通棱鏡和金屬薄膜的全反射結(jié)構(gòu)在太赫茲波段并不適用。又由于金屬在太赫茲波段的介電函數(shù)非常大，無法形成有效的表面等離子體，因此適用于現(xiàn)有波段的表面等離子體共振傳感器的金屬薄膜等離子體形成機制在太赫茲波段也不適用。

鑒于現(xiàn)有的表面等離子體共振傳感器的基本結(jié)構(gòu)在太赫茲波段并不適用，本發(fā)明提出了本征半導(dǎo)體和重摻雜半導(dǎo)體的全反射結(jié)構(gòu)，同時利用重摻雜半導(dǎo)體的負的介電函數(shù)解決了難以形成太赫茲波段等離子體的問題，從而提出了一種有望實時監(jiān)控生物大分子相互作用過程的太赫茲傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種表面等離子體共振的太赫茲傳感器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的表面等離子體共振傳感器無法在太赫茲波段使用的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種表面等離子體共振的太赫茲傳感器，所述太赫茲傳感器至少包括：

重摻雜半導(dǎo)體薄膜，包括第一表面和與所述第一表面相對的第二表面；

光波導(dǎo)耦合層，形成于所述重摻雜半導(dǎo)體薄膜的第一表面；

傳感片，形成于所述重摻雜半導(dǎo)體薄膜的第二表面，所述傳感片置于樣品通道中、與待測分子接觸；

太赫茲量子級聯(lián)激光器，發(fā)射太赫茲光至所述光波導(dǎo)耦合層；

太赫茲探測器，探測從所述光波導(dǎo)耦合層反射的太赫茲光。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器為激射固定頻率的激光器，激射頻率的范圍為1.2～4.4THz。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述光波導(dǎo)耦合層為本征半導(dǎo)體，太赫茲光在所述光波導(dǎo)耦合層和重摻雜半導(dǎo)體薄膜之間形成全反射。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述本征半導(dǎo)體為GaAs。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述重摻雜半導(dǎo)體薄膜為摻Si的GaAs薄膜，摻雜濃度為2*10¹⁸～5*10¹⁸cm^-3。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述重摻雜半導(dǎo)體薄膜的厚度范圍為40～60nm。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，在所述重摻雜半導(dǎo)體薄膜和傳感片之間產(chǎn)生表面等離子體共振波。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述傳感片為分子敏感膜，可與待測分子進行反應(yīng)。

作為本發(fā)明表面等離子體共振的太赫茲傳感器的一種優(yōu)化的方案，所述太赫茲探測器為Si熱輻射探測器。