[發明專利]微腔-氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110676247.5
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113504197B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 戴慶;郭相東;楊曉霞;呂蔚;吳晨晨
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/3563
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮

本發明提供一種金屬微腔?氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件，包括自下而上依次設置的基底、金屬層、微腔空氣層，待檢測物質以及氧化鉬薄膜；金屬層沉積在基底上，在金層上加工具有陣列性的凹槽微腔結構，氧化鉬薄膜覆蓋金層上，處于凹槽微腔上的氧化鉬薄膜呈懸空狀態。還提供了其制備方法和應用。相對于其它利用紅外光譜探測物質的傳感器件結構，本發明可實現極強的光場束縛(模式體積V_APhPs/V₀～10^?11)和極大的電磁場增強(～10⁹)，提高了紅外光譜探測微量分子的效率，是有效解決單分子紅外光譜探測的方案之一。

技術領域

本發明涉及分子紅外探測技術領域，具體涉及一種微腔-氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件及其制備方法和應用。

背景技術

紅外輻射包含豐富的客觀信息，其探測倍受關注。紅外探測器已覆蓋短波、中波與長波范圍，在軍事和民用領域得到了廣泛應用。其探測原理是利用材料的光電轉換性能，將紅外輻射的光子信號轉換為電子信號，與外電路相結合達到檢測紅外光信號的目標。

紅外光譜技術是一種直接探測分子振動模式實現對物質進行特征識別及定量分析的技術及方法。該技術具有高度的“指紋”特征性，無需樣品標記，響應速度快，儀器普及率高，光譜圖庫齊全等優點，是確定分子組成、構象和結構變化信息的強力工具和不可或缺的手段，已廣泛應用于環境監測、食品安全檢測、化學組成分析、爆炸物檢測和生物醫療等關系國計民生及國民經濟命脈的重要領域。

表面增強紅外吸收光譜技術(Surface-Enhanced Infrared Absorption)能夠顯著增強被測分子的紅外光譜吸收特征，使分子光譜的靈敏度和準確性大幅度提高，已逐漸成為探測微量和單層分子特征、表征精細分子結構有效的測試分析工具。然而目前該技術存在增強波段十分狹窄、探測能力受到極大限制、重復性有待提高的缺陷，不具備微量分子檢測的普遍意義。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種微腔-氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件及其制備方法和應用。

在闡述本發明內容之前，定義本文中所使用的術語如下：

術語“s-SNOM”是指：散射式掃描近場光學顯微鏡。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種微腔-氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件，其特征在于，所述器件包括第一基底、第二基底和氧化鉬薄膜；

其中，所述第二基底形成凹槽微腔，所述氧化鉬薄膜覆蓋在所述凹槽微腔上，成懸空狀態，與第二基底形成封閉的微腔結構；

優選地，所述第一基底材料為硅，和/或所述第二基底材料為二氧化硅。

根據本發明第一方面的器件，其中，所述第二基底上設置有金屬層，且由所述金屬層形成凹槽微腔，所述氧化鉬薄膜覆蓋在所述凹槽微腔上，成懸空狀態，與金屬層形成封閉的諧振腔結構；

優選地，所述金屬層的材料選自以下一種或多種：金、銀、金銀合金，和/或，所述金屬層的厚度為20nm～5000nm。

根據本發明第一方面的器件，其中，所述凹槽微腔為陣列性凹槽微腔；和/或所述凹槽微腔的深度為0.6nm～10nm；

優選地，所述凹槽微腔橫截面形狀選自以下一種或多種：長方形、圓形、三角形、正方形、菱形、梯形。

根據本發明第一方面的器件，其中，所述氧化鉬薄膜寬度為 10nm～2000nm；

所述氧化鉬薄膜的長度為15nm～2000nm；和/或

所述氧化鉬薄膜的厚度為0.7nm～10nm。

本發明的第二方面提供了第一方面所述的微腔-氧化鉬聲學型雙曲聲子極化激元器件的制備方法，該制備方法可以包括以下步驟：