[發(fā)明專利]一種超窄帶、大角度的高性能折射率靈敏度傳感器件及其測試方法

在審

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• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108982416A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦琳玲;吳邵龍;張程;李孝峰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/552
• 代理公司: 蘇州市新蘇專利事務(wù)所有限公司 32221
• 代理人: 楊曉東

本發(fā)明公開了一種新的超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件設(shè)計方案，并進(jìn)一步提出該傳感器件的靈敏度測試方法，該測試方法成本較低，在生物、醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。基于表面等離子體共振的傳感技術(shù)，具有設(shè)計方案簡單、結(jié)構(gòu)簡單、加工技術(shù)要求低、制備成本低、無需標(biāo)定、實時檢測、非接觸、無損傷、超窄帶、大角度等突出特點，較高的靈敏度可用于氣體、液體和生物膜等的分析檢測，展示了巨大的應(yīng)用前景，有望發(fā)展為具有超高檢測靈敏度的新型表面等離子體傳感器件及其測試方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器折射率靈敏度的領(lǐng)域，尤其涉及超窄帶、大角度的高靈敏度傳感器的研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高和對環(huán)保的日益重視，對各種有毒、有害氣體/液體的探測，對生命科學(xué)、生化檢測、醫(yī)療診斷、藥物篩選、食品檢測、環(huán)境檢測、毒品檢測以及法醫(yī)鑒定等方面的要求越來越高，因此對氣體/液體傳感器的研究開發(fā)也越來越重要。表面等離子體共振對周圍環(huán)境非常敏感，界面介質(zhì)折射率的微小變化將影響表面等離子體共振的耦合條件，進(jìn)而引起共振峰的偏移，這使表面等離子體共振在傳感器的設(shè)計中具有極大的應(yīng)用價值。基于表面等離子體共振的傳感技術(shù)具有無需標(biāo)定、實時檢測、非接觸、無損傷等突出特點，可用于氣體、液體和生物膜等的分析檢測，展示了巨大的應(yīng)用前景，有望發(fā)展為具有超高檢測靈敏度的新型表面等離子體傳感器。目前，基于不同納米結(jié)構(gòu)的金屬顆粒的表面等離子體共振傳感器已越來越被人們重視和應(yīng)用。然而，上述表面等離子共振現(xiàn)象的激發(fā)需要嚴(yán)格的偏振條件和入射角要求；且這些傳感器都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，制備工藝復(fù)雜，成本過高等缺點。因此，探索具備結(jié)構(gòu)簡單、低成本、易于規(guī)模化制備、具有陷光特性的平面結(jié)構(gòu)對于促進(jìn)傳感器件的研究、開發(fā)和應(yīng)用具有十分重要的作用。近幾年，基于Tamm等離子共振的平面結(jié)構(gòu)器件因特有的強(qiáng)光學(xué)吸收性能、窄帶吸收峰以及平面狀結(jié)構(gòu)使其在傳感方面具有很好的發(fā)展前景。

本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種基于Tamm等離子共振的DBR—金屬平面結(jié)構(gòu)折射率傳感器。該器件具有靈敏度高、無需標(biāo)定、實時檢測、非接觸、無損傷、超窄帶、大角度等突出特點，現(xiàn)有制作工藝成熟，大大提高了對折射率檢測的靈敏度和性能系數(shù)。在食品安全、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)檢驗等領(lǐng)域具有廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景，有望被廣泛推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是：提出一種新的超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件設(shè)計方案，該設(shè)計方案結(jié)構(gòu)簡單、制備成本低，該傳感器件具有較高的折射率靈敏度和性能系數(shù)；并進(jìn)一步提出該傳感器件的靈敏度測試方法，該測試方法成本較低，在生物、醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件，其特征在通過如下步驟進(jìn)行設(shè)計，具體包括：

利用嚴(yán)格耦合波分析法建立幾何模型并選擇材料，設(shè)計分布式布拉格反射層(DBR)由折射率分別為1.7和2.4的兩種材料三氧化二鋁和二氧化鈦交替分布而成，DBR的周期為4-12，DBR的中心波長為900-1800nm；

采用二氧化硅基底，設(shè)計生成多層平面結(jié)構(gòu)，所述多層平面結(jié)構(gòu)上端為DBR，下端為金層，中間由分離墻構(gòu)成測試腔，所述硅基底厚度為200-1000nm,所述金層厚度為50-500nm，所述測試腔高度為350-3500nm，待測物通過該測試腔進(jìn)行傳感測試。

作為本發(fā)明所述的超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件的一種優(yōu)選方案：通過如下步驟進(jìn)行設(shè)計，具體包括：所述硅基底厚度為300nm,所述DBR周期為7，所述DBR中心波長為1300nm，所述金層厚度為200nm，所述測試腔高度為450nm，待測物通過該測試腔進(jìn)行傳感測試。

一種超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件的測試方法，包括如下步驟：