一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置的制造方法

文档序号:10509828阅读:399来源:国知局
一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多层介质?金属?介质波导温湿度表面等离子共振传感装置,其特征是,包括顺序叠接的底层二氧化硅层、第一金层、玻璃层、第二金层和顶层铌酸锂层,入射光由玻璃层侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射,所述的玻璃层与二氧化硅层、第一金层构成二氧化硅?金?玻璃的介质?金属?介质波导的表面等离子共振结构;玻璃层与第二金层、铌酸锂层构成玻璃?金?铌酸锂的介质?金属?介质波导的表面等离子共振结构。这种装置能够实现单一芯片的温度和湿度的多功能检测,不仅可以改善传统传感器的精度低、稳定性差、反应时间长的不足,还能利用光学传感器的特点实现如远距离传输传感、复杂温度环境特殊条件下的应用。
【专利说明】
一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置
技术领域
[0001]本发明属于传感器技术领域,具体是一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置。
【背景技术】
[0002]自1990年第一台表面等离子共振(Surface plasmon resonance,简称SPR)传感器问世以来,SPR传感器就逐渐发展成为了一个新的研究领域。多年来的研究表明:与传统相互作用技术的生物传感形式如超速离心,荧光法,热量测定法等相比,SPR技术具有检测过程方便快捷,灵敏度高;无需标记样品,保持了分子活性;样品需要极少;大多数情况下,不需要对样品进行处理;高通量,高质量的分析数据;能在混浊的甚至不透明的样品中进行等特点。这使得SPR传感器得到了重大发展和广泛应用研究。然而目前,SPR传感器和芯片技术面临的主要问题在于,如何提高SPR性能和质量,降低芯片制作成本,以及探索适宜的结合反应条件。
[0003]在温湿度SPR传感应用设计方面,早在2001年《Applied Optics》杂志在其40卷4期中发表了Alberto A H团队的 “Adsorpt1n of water on porous vycor glass studiedby ellipsome-try”论文,采用椭圆偏振法检测了Si02材料的湿敏特性。尽管有了 10多年的发展,近年来SPR技术的研究技术难点集中在了:建立高效和快速的芯片活化方法,制备出多功能的检测芯片,并能够保持芯片表面物质的稳定性和生物活性。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足,而提供一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置。这种装置能够实现单一芯片的温度和湿度的多功能检测,不仅可以改善传统传感器的精度低、稳定性差、反应时间长的不足,还能利用光学传感器的特点实现如远距离传输传感、复杂温度环境特殊条件下的应用。
[0005]实现本发明目的的技术方案是:
一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置,包括顺序叠接的底层二氧化硅层、第一金层、玻璃层、第二金层和顶层铌酸锂层,入射光由玻璃层侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射。
[0006]所述的玻璃层与二氧化硅层、第一金层构成二氧化硅-金-玻璃的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构;玻璃层与第二金层、铌酸锂层构成玻璃-金-铌酸锂的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构。
[0007]所述的二氧化硅层通过溶胶一凝胶工艺制作,进而确保二氧化硅层具备较好的感湿特性。
[0008]所述的铌酸锂层通过溶胶一凝胶工艺制作,这样制作的晶体铌酸锂温度传感性能稳定、反可重复利用率高。
[0009]由于铌酸锂和二氧化硅分别会因为温度、湿度导致表面等离子共振角的变化,改变介质-金属-介质波导结构中表面等离子的耦合强度,利用光功率计通过检测出射光功率变化,就可以实现对湿度或对温度变化的检测。
[0010]上述激光器,采用输出波长为632nm的He-Ne激光器,该激光器具有很高的稳定性与方向性,且光束集中是传感器光源的理想选择。
[0011]上述光功率计可以分别通过测量前、后功率的变化量,利用功率变化与温度或湿度的关系得到对应量检测值。
[0012]这种装置采用Kretschmann类型结构激发表面等离子,通过SPR技术实现了单一芯片的温度和湿度的多功能检测,改善了传统传感器的精度低、稳定性差、反应时间长的不足,利用光学传感器的特点实现了如远距离传输传感、复杂温度环境等特殊条件下的应用。这一装置可以为微机电系统领域提供关键的敏感元件。
【附图说明】
[0013]图1为实施例的结构示意图。
[0014]图中,1.二氧化硅层2.第一金层3.玻璃层4.第二金层5.铌酸锂层6.入射光
7.出射光。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本
【发明内容】
作进一步阐述说明,但不是对本发明限定。
[0016]实施例:
参照图1,一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置,包括顺序叠接的底层二氧化硅层1、第一金层2、玻璃层3、第二金层4和顶层铌酸锂层5,入射光6由玻璃层3侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射。
[0017]所述的玻璃层3与二氧化硅层1、第一金层2构成二氧化硅-金-玻璃的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构;玻璃层3与第二金层4、铌酸锂层5构成玻璃-金-铌酸锂的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构。
[0018]所述的二氧化硅层I通过溶胶一凝胶工艺制作,进而确保二氧化硅层具备较好的感湿特性。
[0019]所述的铌酸锂层5通过溶胶一凝胶工艺制作,这样制作的晶体铌酸锂温度传感性能稳定、反可重复利用率高。
[0020]由于铌酸锂和二氧化硅分别会因为温度、湿度导致表面等离子共振角的变化,改变介质-金属-介质波导结构中表面等离子的耦合强度,利用光功率计通过检测出射光7功率变化,就可以实现对湿度或对温度变化的检测。
[0021]入射光6为偏振光由激光器产生,所述激光器为输出波长为632nm的He-Ne激光器,该激光器具有很高的稳定性与方向性,且光束集中是传感器光源的理想选择。
[0022]上述光功率计可以分别通过测量前、后功率的变化量,利用功率变化与温度或湿度的关系得到对应量检测值。
[0023]这种装置采用Kretschmann类型结构激发表面等离子,通过SPR技术实现了单一芯片的温度和湿度的多功能检测,改善了传统传感器的精度低、稳定性差、反应时间长的不足,利用光学传感器的特点实现了如远距离传输传感、复杂温度环境等特殊条件下的应用。这一装置可以为微机电系统领域提供关键的敏感元件。
[0024]具体地,如图1所示,入射光6由玻璃层3侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射,通过金属-介质结构实现表面等离子共振,利用光功率计得到出射光7光功率确定温度或湿度变化量。
[0025]本实施例中各层的长为1500nm、宽为1200nm;各层厚度如下:玻璃层厚度为200nm,第一金层2、第二金层4厚度为10nm,二氧化娃层1、银酸锂层5为250nmo
[0026]这种装置采用Kretschmann类型结构激发表面等离子,通过SPR技术实现了单一芯片的温度和湿度的多功能检测。这一装置可以为微机电系统领域提供关键的敏感元件。
【主权项】
1.一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置,其特征是,包括顺序叠接的底层二氧化硅层、第一金层、玻璃层、第二金层和顶层铌酸锂层,入射光由玻璃层侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射。2.根据权利要求1所述的多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置,其特征是,所述的玻璃层与二氧化硅层、第一金层构成二氧化硅-金-玻璃的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构;玻璃层与第二金层、铌酸锂层构成玻璃-金-铌酸锂的介质-金属-介质波导的表面等离子共振结构。
【文档编号】G01D21/02GK105865525SQ201610309903
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳丽, 傅得立, 朱勇建, 宋树祥
【申请人】广西师范大学
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