[发明专利]一种等离激元声表面波谐振红外传感器

说明书

本发明公开了一种等离激元声表面波谐振红外传感器，包括声表面波谐振器和纳米金属阵列；声表面波谐振器包括输入端叉指电极、输出端叉指电极、压电薄膜和基底；纳米金属阵列位于声表面波谐振器敏感区域，生长在压电薄膜上。所述等离激元声表面波谐振器红外传感器通过纳米金属阵列的等离激元效应增强对红外辐射的吸收，微量的红外辐射可以产生较大的能量聚集，使声表面波谐振器敏感区域温度升高，压电薄膜材料参数发生变化，造成沿压电薄膜表面传播的声波振动发生变化，叉指电极输出的电信号频率发生漂移，通过测试电信号变化来反映红外辐射信号。本发明尺寸较小、制备简单、灵敏度高，能够有效实现红外辐射探测。

技术领域

本发明属于传感器领域，涉及一种红外传感技术，尤其涉及等离激元声表面波谐振红外传感器。

背景技术

红外传感系统是利用红外线作为介质的测量系统，基于红外技术的辐射计、搜索跟踪系统、热成像系统、红外测距等工具目前已经广泛用于现代科技、军事领域和工农业科技领域等方面，发挥着巨大的作用。

目前，红外传感器作为红外技术应用的核心组件，根据其工作原理的不同主要分为光子探测和热探测红外传感器。光子探测红外传感器主要是利用某些材料的光电效应，红外光子将材料束缚态电子激发成传导电子，材料的电学参数发生变化，从而导致电信号的变化。这类传感器的响应速度较快，响应时间可达微秒甚至纳秒级别，但是光子探测器一般需要在低温下进行，光敏材料生长难度大，制造技术要求高。热探测红外传感器主要通过红外辐射的热效应而引起温升，从而造成与温度相关的物理性能发生变化。热探测红外传感器相对光子探测红外传感器，具有体积小，质量小，不需要制冷的优势，但是存在响应时间长、灵敏度低等问题。

随着微纳机电系统技术的发展，基于压电材料的声表面波谐振器因其尺寸小、制备简单、灵敏度高等优点在传感器方面有着众多的应用，如温度、湿度、气体传感器。目前限制声表面波谐振器在红外传感领域应用的难题主要是声表面波谐振器敏感区域对红外辐射的吸收不高，难以使得压电材料参数发生变化。如果能够通过其他手段提高声表面波谐振器敏感区域的红外吸收率，便能提高声表面波谐振器对红外辐射的灵敏度，从而促进其在红外传感领域的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种等离激元声表面波谐振红外传感器，以解决现有技术中声表面波谐振器对红外光吸收不敏感的问题。

为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种等离激元声表面波谐振红外传感器，其特征是：

包括声表面波谐振器和纳米金属阵列；

所述声表面波谐振器包括基底、位于基底上的压电薄膜和位于压电薄膜上的两对叉指电极，其中一对叉指电极为输入端叉指电极，另一对叉指电极为输出端叉指电极；

所述纳米金属阵列生长于声表面波谐振器敏感区域的压电薄膜上。

进一步的，所述输入端叉指电极和输出端叉指电极形状、尺寸保持一致。

进一步的，所述输入端叉指电极和输出端叉指电极为金属导电电极，电极材料为Mo、Pt、Au或Al。

进一步的，所述压电薄膜为AlN压电薄膜、Sc掺杂AlN压电薄膜、PZT压电薄膜或ZnO压电薄膜。

进一步的，所述基底为高电阻率的高阻硅。

进一步的，所述纳米金属阵列为能够产生表面等离激元增强效应的金属Au或Ag。

进一步的，所述纳米金属阵列优选为纳米圆柱金属阵列、纳米矩形金属阵列或者纳米颗粒金属阵列。

本发明有益效果是：