一种侧壁集成纳米光学天线及其制备方法

本发明涉及纳米光学天线，尤其涉及一种侧壁集成纳米光学天线及其制备方法。

背景技术：

1、纳米光学天线是一种能够增强局部光-物质互相作用的纳米结构，其工作原理类似于微波波段的天线，纳米光学天线一方面可以增强对来自远场的光线吸收，在纳米天线内部形成局部高电场增强区域；另一方面对于在纳米天线结构内部的发光光源(如生物检测中使用的荧光分子)，可以增强其发光效率和向远场辐射效率。不同于无线电波和微波天线的是，纳米光学天线的光波段场增强和辐射增强效应，来自于具有纳米尺寸的金属结构以及等离激元共振。纳米光学天线在增强生物化学分子检测灵敏度，光探测器和光发射体的光接受和发射效率有很多应用。

2、现有的纳米光学天线结构有二维平面天线阵列和三维天线阵列两种。二维纳米光学天线以碟形天线(bowtie)，圆形、椭圆形、长条形的等离激元对等结构为主，二维纳米光学天线的制备依赖电子束光刻形成场增强狭缝关键机构，场增强区域有限。

3、三维纳米光学天线包括柱状金属阵列天线以及零模式波导(zero-modewaveguide)天线等，可以用处于垂直方向的狭缝增强场强，其有效场强增强区域比二维天线有明显增加，但是由于狭缝为薄膜沉积产生，其狭缝的尺度通常大于二维天线，且狭缝场增强的尖端效应比用电子束光刻形成的二维天线有所削弱，限制了三维天线的场增强性能。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供一种侧壁集成纳米光学天线及其制备方法，在微纳米孔的内壁形成等离激元，该侧壁集成纳米光学天线具有三维纳米光学天线的结构特征以及与二维纳米光学天线相比拟的尖端效应，能够造成强的光学谐振效应，品质因数值较高，使局部场增强效应更强。

2、在本发明的第一方面，针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种侧壁集成纳米光学天线来解决，包括：

3、基底；

4、位于所述基底中的一个或多个微纳米孔；以及

5、布置在所述微纳米孔的内壁的等离激元。

6、进一步地，一个所述微纳米孔的内壁布置有至少两个所述等离激元。

7、进一步地，所述等离激元之间留有狭缝。

8、进一步地，所述等离激元位于所述微纳米孔的开口端。

9、进一步地，所述等离激元的材料为金属或具有等离激元特性的非金属材料。

10、在本发明的第二方面，本发明提供一种使用侧壁集成纳米光学天线进行化学和/或生物检测的方法，包括：

11、在所述侧壁集成纳米光学天线的表面固定抗体、抗原、化合物分子等特异性结合/吸附敏感分子，进行生物和/或化学分子检测。

12、在本发明的第三方面，本发明提供一种发光器，包括：

13、发光器件；以及

14、设置在发光器件前端的权利要求1至5中的任一项所述的侧壁集成纳米光学天线，通过所述侧壁集成纳米光学天线的谐振效应，增强所述发光器件的辐射效率。

15、在本发明的第四方面，针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种侧壁集成纳米光学天线的制备方法来解决，包括：

16、提供基底，并在基底上布置胶材；

17、在胶材上形成微纳米孔图形；

18、在基底上形成微纳米孔；

19、在微纳米孔的内壁形成等离激元；以及

20、去除胶材和胶材表面的沉积物薄膜。

21、进一步地，确定沉积物的入射方向和掠射沉积角度，以所述胶材为掩膜，采用掠射角沉积方法在所述微纳米孔的内壁沉积等离激元薄膜材料形成等离激元。

22、进一步地，通过改变沉积物的入射方向和/或掠射沉积角度，重复等离激元薄膜材料沉积步骤在所述微纳米孔的内壁形成多个等离激元，且多个等离激元之间留有狭缝。

23、本发明至少具有下列有益效果：本发明公开的一种侧壁集成纳米光学天线及其制备方法，在微纳米孔的内壁形成等离激元，该侧壁集成纳米光学天线具有三维纳米光学天线的结构特征，并且多个等离激元之间的狭缝较小且距离可控，具有和二维纳米光学天线相比拟的尖端效应，因此能够造成强的光学谐振效应，品质因数值较高，使局部场增强效应更强。

技术特征：

1.一种侧壁集成纳米光学天线，包括：

2.根据权利要求1所述的侧壁集成纳米光学天线，其特征在于，一个所述微纳米孔的内壁布置有至少两个所述等离激元。

3.根据权利要求2所述的侧壁集成纳米光学天线，其特征在于，所述等离激元之间留有狭缝。

4.根据权利要求1所述的侧壁集成纳米光学天线，其特征在于，所述等离激元位于所述微纳米孔的开口端。

5.根据权利要求1所述的侧壁集成纳米光学天线，其特征在于，所述等离激元的材料为金属或具有等离激元特性的非金属材料。

6.一种使用权利要求1至5中的任一项所述的侧壁集成纳米光学天线进行化学和/或生物检测的方法，包括：

7.一种发光器，包括：

8.一种侧壁集成纳米光学天线的制备方法，包括：

9.根据权利要求8所述的侧壁集成纳米光学天线的制备方法，其特征在于，确定沉积物的入射方向和掠射沉积角度，以所述胶材为掩膜，采用掠射角沉积方法在所述微纳米孔的内壁沉积等离激元薄膜材料形成等离激元。

10.根据权利要求9所述的侧壁集成纳米光学天线的制备方法，其特征在于，通过改变沉积物的入射方向和/或掠射沉积角度，重复等离激元薄膜材料沉积步骤在所述微纳米孔的内壁形成多个等离激元，且多个等离激元之间留有狭缝。

技术总结
本发明涉及一种侧壁集成纳米光学天线，包括基底；位于所述基底中的一个或多个微纳米孔；以及布置在所述微纳米孔的内壁的等离激元。本发明还涉及一种侧壁集成纳米光学天线的制备方法，包括：提供基底，并在基底上布置胶材；在胶材上形成微纳米孔图形；在基底上形成微纳米孔；在微纳米孔的内壁形成等离激元；以及去除胶材和胶材表面的沉积物薄膜。通过该纳米光学或方法，在微纳米孔的内壁形成等离激元，该侧壁集成纳米光学天线具有三维纳米光学天线的结构特征以及与二维纳米光学天线相比拟的尖端效应，能够造成强的光学谐振效应，品质因数值较高，使局部场增强效应更强。

技术研发人员：宿智娟,臧法珩
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15