一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，包括：红外光源单元，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射用户手指；光电传感单元，用于采集红外光信号，并根据红外光信号产生光电信号；光电传感单元的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜；整流放大单元，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元，用于采集整流放大信号进行采集并保存。本发明专利技术利用边界量子势阱对光生电子的俘获，可以大大地减少了光生电子‑空穴对的复合，提高光响应率，对人体指尖脉搏信号的测量更精确稳定。

A pulse instrument based on graphene edge embedded nano film photoelectric sensor

The invention discloses a pulse meter, photoelectric sensor of graphene nano thin film based on embedded edge includes the infrared light source unit for fixing the detected user's finger, and specify the emission wavelength of infrared light transmission to the user's finger; photoelectric sensor unit is used to collect infrared signal, and generates a photoelectric signal according to the infrared signal; the surface of the silicon substrate the photoelectric sensing unit by ECR plasma irradiation growth of graphene edge embedded nano film; rectifier amplifier unit for photoelectric signal amplifying rectifier, rectifier amplifier by signal; signal collection unit for collecting rectifier amplifier signal acquisition and preservation. The invention uses boundary quantum well to capture photogenerated electrons, which can greatly reduce the photogenerated electron hole pairs of composite, improve the light response rate, measurement of human fingertip pulse signal is more accurate and stable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪
本专利技术涉及纳米薄膜光电
，尤其涉及的是一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪。
技术介绍
二维材料（如石墨烯、二硫化钼、黑磷等）因其具有超高电子迁移率、宽光谱的广泛吸收性、柔韧性和突破尺寸极限等优点，具有成为应用于可穿戴设备的下一代新型光电传感器材料的潜力。然而，目前对二维材料光响应原理的研究仍集中在二维面内，很少考虑二维边缘的低配位原子在光电响应中所起的作用。在很大程度上妨碍了高输出、快响应、多光谱成像的新型光电传感器的实用化进程。目前广泛应用的可穿戴式光电脉搏仪的光响应率低，脉搏光电信号微弱，稳定性差的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，旨在解决现有技术中可穿戴式光电脉搏仪的光响应率低，脉搏光电信号微弱，稳定性差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，包括：红外光源单元，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射待检测的用户手指；光电传感单元，用于采集红外光信号，并根据所述红外光信号产生光电信号；所述光电传感单元的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜；其中，所述红外光源单元发出的指定波长的红外光透射过待检测的用户手指后，通过所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号；整流放大单元，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元，用于采集所述整流放大信号进行采集并保存。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述光电传感单元具体包括：P型硅基板；石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜，所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜通过ECR等离子照射P型硅基板上表面而生长在P型硅基板的上表面；设置在所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的表面上的疏指状金钛合金电极，所述疏指状金钛合金电极作为光电传感单元的负极；设置在所述P型硅基板的下表面上的金钛合金电极，所述金钛合金电极作为光电传感单元的正极；所述金钛合金电极、及所述疏指状金钛合金电极均通过键合导电引线与整流放大单元连接。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述红外光源单元具体包括：红外光源，用于发射指定波长的红外光；透射式手指固定夹具，用于固定待检测的用户手指。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述整流放大单元具体包括：隔直电容，所述隔直电容通过键合导电引线与所述疏指状金钛合金电极连接；三级整流运算放大器，所述三级整流运算放大器与所述隔直电容连接，还通过键合导电引线与所述金钛合金电极连接。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述信号采集单元具体包括：模拟信号输出电路，所述模拟信号输出电路与所述三级整流运算放大器连接；模/数转换电路，所述模/数转换电路与所述模拟信号输出电路连接；数字信号输出电路，所述数字信号输出电路与所述模/数转换电路连接；波形K值分析电路，所述波形K值分析电路与所述模拟信号输出电路连接；指标输出装置，用于输出包括心率、全血粘度、外周阻力、动脉顺应性、房颤警报的心血管健康指标信息，所述指标输出装置与所述波形K值分析电路连接。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述红外光源发射的红外光的波长为805nm。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述疏指状金钛合金电极的厚度为50nm、宽度为60μm、间距为256μm。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述金钛合金电极的厚度为50nm。所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其中，所述光电传感单元的硅基板表面以50-200eV的低能电子诱导，在硅基板的表面上生长出100nm厚的石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜。本专利技术所提供的基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，包括：红外光源单元，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射待检测的用户手指；光电传感单元，用于采集红外光信号，并根据红外光信号产生光电信号；光电传感单元的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜；其中，红外光源单元发出的指定波长的红外光透射过待检测的用户手指后，通过石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号；整流放大单元，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元，用于采集整流放大信号进行采集并保存。本专利技术利用边界量子势阱对光生电子的俘获，可以大大地减少了光生电子-空穴对的复合，提高光响应率，对人体指尖脉搏信号的测量更精确稳定。附图说明图1为本专利技术所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪较佳实施例的结构示意图。图2a为本专利技术中石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的光电响应原理示意图。图2b为本专利技术中石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的性能测试示意图。图3为脉搏波形的K值指标分析示意图。图4a为心率为88次/秒的中年女性的脉搏模拟信号输出波形图。图4b为心率为88次/秒的中年女性的脉搏数字信号输出波形图。图4c为心率为61次/秒的青年男性的脉搏模拟信号输出波形图。图4d为心率为61次/秒的青年男性的脉搏数字信号输出波形图。具体实施方式本专利技术提供一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参考图1，其为本专利技术所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪较佳实施例的结构示意图。如图1所示，所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，包括：红外光源单元100，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射待检测的用户手指；光电传感单元200，用于采集红外光信号，并根据所述红外光信号产生光电信号；所述光电传感单元200的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜220；其中，所述红外光源单元发出的指定波长的红外光透射过待检测的用户手指后，通过所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号；整流放大单元300，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元400，用于采集所述整流放大信号进行采集并保存。本专利技术的实施例中，利用等离子体低能电子照射技术在硅基板（如空穴型导电硅基板）上诱导生长出石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜，利用紫外光刻和多靶材溅射技术获得光电传感单元200；所述的红外光源单元100与所述的光电传感单元200的波长相匹配；红外光源单元100发射指定波长的红外光透过指尖被光电传感单元200采集，光电传感单元200利用石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜中的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号，该光电信号经整流放大单元300处理后，由信号采集单元400采集保存，从而实现对人体指尖脉搏信号的精确稳定测量和对心血管健康指标的输出。具体的，所述光电传感单元200的硅基板表面以50-200eV的低能电子诱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其特征在于，包括：红外光源单元，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射待检测的用户手指；光电传感单元，用于采集红外光信号，并根据所述红外光信号产生光电信号；所述光电传感单元的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜；其中，所述红外光源单元发出的指定波长的红外光透射过待检测的用户手指后，通过所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号；整流放大单元，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元，用于采集所述整流放大信号进行采集并保存。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其特征在于，包括：红外光源单元，用于固定待检测的用户手指、并发射指定波长的红外光以透射待检测的用户手指；光电传感单元，用于采集红外光信号，并根据所述红外光信号产生光电信号；所述光电传感单元的硅基板表面通过ECR等离子照射生长有石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜；其中，所述红外光源单元发出的指定波长的红外光透射过待检测的用户手指后，通过所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的石墨烯边界量子势阱的光电子俘获效应产生光电信号；整流放大单元，用于将光电信号进行整流放大，得到整流放大信号；信号采集单元，用于采集所述整流放大信号进行采集并保存。2.根据权利要求1所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其特征在于，所述光电传感单元具体包括：P型硅基板；石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜，所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜通过ECR等离子照射P型硅基板上表面而生长在P型硅基板的上表面；设置在所述石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜的表面上的疏指状金钛合金电极，所述疏指状金钛合金电极作为光电传感单元的负极；设置在所述P型硅基板的下表面上的金钛合金电极，所述金钛合金电极作为光电传感单元的正极；所述金钛合金电极、及所述疏指状金钛合金电极均通过键合导电引线与整流放大单元连接。3.根据权利要求2所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器的脉搏仪，其特征在于，所述红外光源单元具体包括：红外光源，用于发射指定波长的红外光；透射式手指固定夹具，用于固定待检测的用户手指。4.根据权利要求2所述基于石墨烯边缘嵌入式纳米薄膜光电传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁东风，张希，陈文聪，林泽洲，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44