[發明專利]一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器

有效

• 申請號: 202011518234.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112525852B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 熊中剛;劉忠;霍佳波;王寒迎;何艷飛;詹江正;姜守帥;張勇;王為慶;覃金昌;鄒麗霞;羅素蓮
• 申請（專利權）人: 桂林航天工業學院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/01;H01Q17/00
• 代理公司: 重慶金橙專利代理事務所(普通合伙) 50273
• 代理人: 李梅

1.一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器，包括單元結構(1)和基底層(6)，其特征在于：所述單元結構(1)的內部設置有開口諧振環(2)，且開口諧振環(2)的內部設置有頂層金屬結構(3)，所述頂層金屬結構(3)的下方設置有中間介電層(4)，所述中間介電層(4)的下方設置有底層金屬層(5)，且底層金屬層(5)的下方設置有基底層(6)；

開口諧振環(2)分為關于單元結構(1)內部的中心點呈對稱分布的兩部分，其中一部分包括依次連接的第一諧振部、第二諧振部、第三諧振部、第四諧振部和第五諧振部，另一部分包括依次連接的第六諧振部、第七諧振部、第八諧振部、第九諧振部和第十諧振部，第一諧振部、第八諧振部、第十諧振部、第五諧振部、第三諧振部和第六諧振部按順序相互平行，第一諧振部、第三諧振部垂直于第二諧振部且位于第二諧振部同一側，第三諧振部、第五諧振部垂直于第四諧振部且位于第四諧振部同一側，單元結構的內部參數設置為l₁、l₂、g、s和P，且l₁＝75μm，并且l₂＝40μm，同時s＝25μm，所述g＝10μm，且P＝110μm，其中l₁為第二、七諧振部長度，l₂為第三、八諧振部長度，g為第五諧振部與第十諧振部距離，s為第四諧振部與第七諧振部距離，P為單元結構長度；且諧振部寬度為w，并且w＝5μm，采用對稱型方形開口諧振環(2)結構作為諧振單元，增強了太赫茲波與待測物質之間的相互作用，具有高Q值和高靈敏度；

所述頂層金屬結構(3)和底層金屬層(5)的材質均設置為金材質，且頂層金屬結構(3)和底層金屬層(5)的厚度均設置為h,并且h＝200nm，同時頂層金屬結構(3)和底層金屬層(5)的電導率為4.56*10^7S/m；

所述中間介電層(4)的材質設置為聚乙烯，且中間介電層(4)的厚度設置為t，并且t＝12μm，同時中間介電層(4)的介電常數為2.1+j0.01；

所述基底層(6)的材質設置為高阻硅，且基底層(6)的厚度設置為500μm；

所述單元結構(1)的單元周期設置為36μm，且單元結構(1)的厚度設置為25μm，并且單元結構(1)的金屬反射層厚度設置為200nm；

所述單元結構(1)使用CSTMICROWAVESTUDIO2018進行數值建模仿真，在x-y平面設置周期邊界條件，在Z平面設置開放邊界條件，電磁波沿x軸偏振，沿z軸從頂層入射；

所述單元結構(1)在0.53THz處有吸收峰，吸收系數為99％，且定義Q＝f0/FWHM以此來反映傳感器的共振特性，計算可得該傳感器Q＝44.17。