[发明专利]具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法

说明书

本申请涉及一种具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法，该具有共振腔的等离激元波导传感器包括等离激元波导和光学共振结构；等离激元波导用于传输表面等离激元信号，并将传输的表面等离激元信号耦合到光学共振结构中；光学共振结构与所述等离激元波导间隔设置，光学共振结构用于存储待测物质，并将接收到的表面等离激元信号耦合到所述等离激元波导中，使所述光学共振结构耦合出来的表面等离激元信号与等离激元波导中的表面等离激元信号发生干涉。本申请提供的具有共振腔的等离激元波导传感器，具有低插损、探测灵敏度更高的优点。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法。

背景技术

目前高灵敏度的光学传感器在生化医疗、环境监测、基础物理量测量、环境与结构监测、物联网、国家安全等方面有重要的应用，与传统的电子传感器相比，光学传感器具有抗电磁干扰、精度高、响应快、稳定性好等优势。并且，光纤传感技术是光学传感器中最具代表性的技术，因抗电磁干扰能力强、成本低、响应速度快等优点，在轨道交通/油气储罐火灾检测、桥梁健康监控、重大装备状态检车等应用场景得到了广泛的应用。

随着制备技术的不断发展，光传感器从光纤端发展到平面集成波导上，使得器件小型化、样品测试微量化。表面等离激元是一种表面传播的电磁波，本质上是由于金属表面的自由子与在光子的驱动下形成的集体震荡，电磁波在金属和介质中均呈指数形式衰减的，它能提供亚波长的光束缚和高度局域的场分布。采用等离激元作为信息载体可以突破衍射极限的限制，将光回路和元件的尺寸降到纳米量级，可以实现光子与电子在纳米尺度上的完美结合。由于表面等离激元能够提交高度局域化的光场，提供强的光和物质相互作用，被广泛用于表面等离激元传感技术。

当前基于表面等离激元技术发展起来的表面等离激元传感器主要被用于生化领域，成为测定生化分子的重要手段，与传统技术相比，表面等离激元传感器具有无需样品标记、灵敏度高、实时观测等优点。基于表面等离激元共振(surface plasmon resonance，SPR)技术已经被商用，能实现目前最高的折射率精度10^-7，用于监控生物分子之间的相互作用和蛋白结构-功能分析、药物靶标发现、修饰和验证以及在食品安全和体外诊断领域中的快速筛查及定量分析等。

然而，现有的表面等离激元传感器都是单层平面结构，在进行传感测试的时候，被测物会覆盖整个等离激元器件结构，会造成模场不匹配而插入损耗增加，影响探测灵敏度。

发明内容

本申请实施例提供一种具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法，以解决相关技术中单层平面结构的表面等离激元传感器会造成模场不匹配而增加插入损耗，并影响探测灵敏度的问题。

第一方面，提供了一种具有共振腔的等离激元波导传感器，其包括等离激元波导和光学共振结构；

等离激元波导用于传输表面等离激元信号，并将传输的表面等离激元信号耦合到光学共振结构中；

光学共振结构设于所述等离激元波导上，光学共振结构用于存储待测物质，并将接收到的表面等离激元信号耦合到所述等离激元波导中，使所述光学共振结构耦合出来的表面等离激元信号与等离激元波导中的表面等离激元信号发生干涉；其中，

所述光学共振结构自下而上依次包括有机玻璃和第一金薄膜，且所述第一金薄膜内具有一共振腔；

所述等离激元波导自下而上依次包括衬底和第二金薄膜，且所述第二金薄膜内具有一与所述共振腔配合设置的沟道；

所述表面等离激元信号在所述沟道和所述共振腔内进行耦合。

一些实施例中，所述共振腔为矩形共振腔。

一些实施例中，所述等离激元波导为沟道等离激元波导、介质加载型等离激元波导或金属条状波导。

一些实施例中，所述第一金薄膜和共振腔的厚度相同。