基于等离激元效应的多参数测量传感芯片及制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于等离激元效应的多参数测量传感芯片及制备方法，芯片包括热膨胀聚合物底层，所述底层上设置有环形金属狭缝阵列，所述环形银狭缝内圆为金属块，所述金属块附着在热膨胀聚合物底层上。本发明专利技术可以根据光谱仪知SPP共振波长的具体变化量，从而进行温度和压力的多参数测量，本发明专利技术将温度和压力传感测量合二为一，提高了灵敏度和集成度，且易于加工制造，成本低。

Multi-parameter measurement sensor chip based on plasmon effect and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于等离激元效应的多参数测量传感芯片及制备方法
本专利技术涉及测量传感芯片及制备，具体涉及一种基于等离激元效应的多参数测量传感芯片及制备方法。
技术介绍
目前的温度传感器大多是热敏电阻和热电偶，这两种传统的温度传感不仅灵敏度低，稳定性不好且难集成。而红外温度传感器的制备价格又十分高，有人采用了有温度敏感层的三层SPR结构提出了一种光学温度传感器，还有人以集成到光纤的SPP结构提出的一种远程温度传感器。但目前这些温度传感器主要利用的是温度对折射率的影响，敏感度比较低，稳定性不好。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于等离激元效应的多参数测量传感芯片及制备方法，解决现有温度传感器灵敏度低，稳定性不好的，难集成的问题。技术方案：本专利技术所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，包括热膨胀聚合物底层，所述底层上设置有环形金属狭缝阵列，所述环形金属狭缝内圆为金属块，所述金属块附着在热膨胀聚合物底层上。为了使内部结构稳定安全，还包括外壳，所述外壳套在热膨胀聚合物底层外。为能产生相应的物理结构和化学性质变化，所述热膨胀聚合物底层为水凝胶底层。所述金属为金或银。所述环形金属狭缝阵列为一维环形金属狭缝阵列或二维环形金属狭缝阵列。本专利技术所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)通过在玻璃衬底上复合PS微球阵列，微球阵列之间填充二氧化硅溶液，然后用O2反应进行RIE刻蚀镀Ag，得到环形银狭缝腔阵列；(2)用氢氟酸来刻蚀准备好的二维环形银狭缝腔阵列的底衬玻璃和SiO2填充物；(3)用四氢呋喃溶剂溶解结构中的PS微球，使得二维环形银狭缝腔阵列仅剩上面的环形银狭缝，(4)将上一步得到的结构反过来贴附到水凝胶上，紫外，固化后用Ar离子轰击上边部分，套上保护外壳，即得到多参数测量传感芯片。有益效果：本专利技术通过利用外界因素温度或压力使结构中的gap发生相对位移，改变了SPP波长，将其他信号转化为光学信号，通过观察SPP波长的变化量来测量出所受温度及压力的变化，具有超高的灵敏度，稳定性好的，易集成。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术制作工艺流程示意图；图3是利用本专利技术测试时本专利技术的器件光路工作示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，水凝胶上附有二维的银狭缝阵列，整体狭缝呈凹形，中间凹形银块独立的附在水凝胶上，外部设有套筒1-1保护整体结构，水凝胶上形成的狭缝，即gap在特定频率的光子激发下可以形成Gap-SPP。温度升高使水凝胶热膨胀从而将中间的银块向上突出，进而使狭缝的相对位置发生改变，引起SPP波长的变化，将温度信号转化为光学信号来检测；同样的，我们也可以通过给中间银块施加压力来改变gap的相对大小，将压力信号转化为光学信号。而且可以在一定的温度下，测量不同的压力，或是一定的压力下，测量不同的温度。通过计算SPP共振波长的变化量可以同时进行温度和压力的多参数测量。如图2所示，基于等离激元效应的多参数测量传感芯片的制备方法为：(1)制备二维环形银狭缝腔阵列，该阵列是由单层有序复合PS微球阵列排列在玻璃底衬SiO2上，二氧化硅溶液为填充物，用O2反应进行RIE刻蚀再溅射金属膜得到，其中，PS微球其直径200nm～690nm，结构上溅射金属厚30nm～80nm，材料为金或银。(2)用氢氟酸来刻蚀准备好的二维环形银狭缝腔阵列的底衬玻璃和SiO2填充物，反应式为：SiO2+4HF＝SiF4+2H2O。(3)再用四氢呋喃溶剂溶解结构中的PS微球，使得二维环形银狭缝腔阵列仅剩上面的环形银狭缝，将其反过来贴附到水凝胶上，紫外，固化，得到如凹槽环形阵列，槽壁内是空气狭缝。(4)通过Ar等离子轰击凹槽环形阵列上边部分，槽的内壁与外壁断离裸露出空气狭缝，此时，槽中间的银块是独立贴附在水凝胶上，在加工后的水凝胶外套上保护套筒，使内部结构稳定安全，即得到多参数测量传感芯片。如图3所示，使用本专利技术测量时：通过利用外界因素如温度、压力，使结构中的gap发生相对位移，改变了SPP波长，将其他信号转化为光学信号，入射光由光源3-3通过由光纤3-2垂直入射到多参数测量传感芯片3-1上，在受到温度或压力等因素变化时，独立贴附在水凝胶上的银块发生相对位移，如当温度升高或压力减小时，银块发生相对位移，狭缝变大，通过光谱仪3-4得知波形红移，通过SPP波长的变化量来测量出所受温度及压力的变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，包括热膨胀聚合物底层，所述底层上设置有环形金属狭缝阵列，所述环形金属狭缝内圆为金属块，所述金属块附着在热膨胀聚合物底层上。

【技术特征摘要】
1.一种基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，包括热膨胀聚合物底层，所述底层上设置有环形金属狭缝阵列，所述环形金属狭缝内圆为金属块，所述金属块附着在热膨胀聚合物底层上。2.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，还包括外壳，所述外壳套在热膨胀聚合物底层外。3.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，所述热膨胀聚合物底层为水凝胶底层。4.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，所述金属为金或银。5.根据权利要求1所述的基于等离激元效应的多参数测量传感芯片，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪海彬，周盈，成建新，常建华，王婷婷，葛益娴，刘清惓，刘向，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32