[發明專利]憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器及方法

有效

• 申請號: 201910333435.0
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110057782B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 蔣向東;郭瑞康;董湘;王繼岷;李偉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/552
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為;陶祥琲

1.一種憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，包括：

棱鏡單元及依次設置在棱鏡單元底部的第一非導電介質薄膜層、金屬薄膜層、第二非導電介質薄膜層及導電介質薄膜層；其中：

所述棱鏡單元，用于在紅外光的入射激勵下產生ATR衰減倏逝波；

所述第一非導電介質薄膜層、金屬薄膜層、第二非導電介質薄膜層構成傳感單元，第一非導電介質薄膜層與第二非導電介質薄膜層形成對稱環境，所述傳感單元用于實現長程表面等離子體共振效應，從而實現SPR傳感器的基本傳感功能；

同時，所述 金屬薄膜層與所述 第二非導電介質薄膜層及導電介質薄膜層構成憶阻單元；所述導電介質薄膜層為IMO薄膜層；憶阻單元中：以傳感單元中的金屬薄膜層作為第一電極，導電介質薄膜層作為第二電極，兩電極形成相互垂直的CROSSBAR結構，第一電極與第二電極電連接，并在連接電路上設置加電壓裝置，所述加電壓裝置用于對憶阻單元施加正向或負向偏置電壓，實現紅外憶阻重構，從而實現生物傳感器穿透深度的減小或增大。

2.根據權利要求1所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述棱鏡單元為能滿足光波全反射條件的折射率較大的棱鏡，所述棱鏡為Si棱鏡或者Ge棱鏡。

3.根據權利要求1或2所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述第一非導電介質薄膜層為a-Si薄膜層，其厚度為180～220nm。

4.根據權利要求1或2所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述金屬薄膜層為Ag薄膜層，其厚度為35～42nm。

5.根據權利要求1或2所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述第二非導電介質薄膜層為a-Si薄膜層，其厚度為230～300nm。

6.根據權利要求1或2所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述IMO薄膜層的厚度為40～60nm。

7.根據權利要求1所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述CROSSBAR結構的線寬與間距均為20nm，且總寬度為0.2～1um，

8.根據權利要求1所述的憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器，其特征在于，

所述第一電極、第二電極為梳狀電極結構，所述梳狀電極梳狀部分結構的線寬與間距尺寸均為1×0.5×0.5um。

9.權利要求1所述憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、在棱鏡單元底部射頻磁控濺射沉積出第一非導電介質薄膜層；

S2、進一步在第一非導電介質薄膜層上直流磁控濺射沉積出金屬薄膜層，對金屬薄膜層涂膠光刻并圖形化出若干等線寬與等間距的第一凹槽，用于在憶阻單元內作為第一電極，同時用于在傳感單元內光激發產生SPR；

S3、進一步在金屬薄膜層上射頻磁控濺射沉積出第二非導電介質薄膜層；

S4、進一步在第二非導電介質薄膜層上射頻磁控濺射沉積出IMO薄膜層,對IMO薄膜層涂膠光刻并圖形化出若干等線寬與等間距的第二凹槽，用于在憶阻單元內作為第二電極，且與第一電極構成CROSSBAR結構；

S5、將第一電極與第二電極電連接，并在兩者的連接電路上設置加電壓裝置，用于對憶阻單元施加偏置電壓。

10.權利要求1所述憶阻重構的近紅外可調穿透深度生物傳感器調諧穿透深度的方法，其特征在于，具體如下：

通過加電壓裝置對憶阻單元施加正向偏置電壓，金屬薄膜層發生電化學金屬化，金屬薄膜層中的金屬薄膜材料通過氧化還原作用在第二非導電介質薄膜層中生長出金屬納米細絲，原有第二非導電介質薄膜層局部區域的介電常數發生改變，傳感單元中第一非導電介質薄膜層與第二非導電介質薄膜層的對稱環境被破壞，傳感器穿透深度減小；

通過加電壓裝置對憶阻單元施加負向偏置電壓，第二非導電介質薄膜層中生長出金屬納米細絲在反向電場作用下遷移回金屬薄膜層內，傳感單元中第一非導電介質薄膜層與第二非導電介質薄膜層的對稱環境恢復，傳感器穿透深度還原到無偏置電壓時。