高性能折射率传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能折射率传感器。包括从上到下依次布置的顶层、介质层和底层；顶层包括多组顶金属贴片绕介质层中心沿圆周周向间隔均布，每组顶金属贴片包括一对条形的顶贴片，顶贴片末端有一个焊盘；底层也包括八组底金属贴片绕介质层中心沿圆周周向间隔均布，每组底金属贴片包括一条条形的底贴片，底贴片末端有一个焊盘；介质层为圆柱形结构，介质层上布置有金属过孔，顶层的顶金属贴片和底层的底金属贴片通过贯穿过介质层的金属过孔上下连接。本发明专利技术灵敏度极佳，实现品质因数很高的谐振峰，尺寸小集成度高，适用于高频段折射率传感器以及生物传感。

【技术实现步骤摘要】
高性能折射率传感器
本专利技术涉及生物检测
，特别是涉及了一种高性能折射率传感器，可应用于化学分析、生物检测以及食品加工监测等方面。
技术介绍
目前化学分析、生物检测以及食品加工监测方面对高性能传感器的需求越来越高。在传感探测系统中，传感器通常用来进行气体分析、生物信号检测。但由于传统的传感器体积大，测量精度不高无法满足当代生物检测等方面的需求。因此研究高灵敏度、高集成度的传感器成为当前传感探测系统的一大挑战。近年来，表面等离激元(SPP,SurfacePlasmonPolaritons)是一种局域在金属与介质分界面的局域电磁模式，光频段的电磁波与金属中的自由电子的振荡耦合，将电磁场的能量限制在比光波长更小的尺度内。该模式的振荡频率由金属与其周围环境的折射率共同决定，因此对周围环境的折射率非常敏感。通过探测由周围折射率变化引起的等离激元谐振模式的变化形成的表面等离激元谐振(SPR,SurfacePlasmonResonance)折射率探测器是一种非接触式的、实时和不需要荧光标记的新型探测器。近20年以来，其在疾病诊断、生物化学研究与应用和环境监控等领域取得了非常大的成功。该探测器中的表面等离激元激发一般通过棱镜耦合或光栅耦合等方式将入射探测光与表面等离激元的传播常数匹配以激发表面等离激元。因此设计一款能够易于激发等离激元谐振，同时能够实现高灵敏度、高集成度的折射率传感器对于现代探测传感系统的发展至关重要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种高性能折射率传感器，利用局域性表面等离元与环磁偶极子响应相结合的结构，实现高品质因数的环磁偶极子响应，可以高效率的检测周围环境折射率的变化。同时本专利技术能够实现高集成度的传感器结构用于现代探测传感系统。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：所述传感器包括从上到下依次布置的顶层、介质层S和底层；顶层包括多组顶金属贴片，八组顶金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组顶金属贴片主要由沿介质层S中心同一径向方向间隔布置的一对条形的顶贴片P1与P2构成，一对顶贴片P1与P2在相互相远离的末端端部均连接设置一个焊盘D，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中靠近介质层S中心的顶贴片P2均位于同一圆周位置，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中远离介质层S中心的顶贴片P1均位于同一圆周位置；底层也包括八组底金属贴片，八组底金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组底金属贴片主要由沿介质层S中心径向方向布置的一条条形的底贴片P3构成，底贴片P3在两末端端部均连接设置一个焊盘D，所有组底金属贴片的底贴片P3均位于同一圆周位置；介质层S为圆柱形结构，介质层S上布置有金属过孔T，顶层的顶金属贴片和底层的底金属贴片通过贯穿过介质层S的金属过孔T上下连接：各个组顶金属贴片中靠近介质层S中心的顶贴片P2靠近介质层S中心末端的焊盘D经金属过孔T和各个组底金属贴片的底贴片P3靠近介质层S中心末端的焊盘D连接，各个组顶金属贴片中远离介质层S中心的顶贴片P1远离介质层S中心末端的焊盘D经金属过孔T和各个组底金属贴片的底贴片P3远离介质层S中心末端的焊盘D连接。所有组底金属贴片的底贴片P3长度相同，且各组顶金属贴片中的一对顶贴片P1与P2构成整体的长度相同。每组顶金属贴片中的顶贴片P1长度与顶贴片P2长度相同。所述的顶层的顶金属贴片的组数和底层的底金属贴片的组数相同一致。所述的介质层S采用F4B板材。本专利技术用于化学分析、生物检测和食品加工监测等中。本专利技术中的传感器采用了完全对称的设计结构，如果用空间电磁波进行激发，等离激元模式不受入射角度的影响，提高了传感器的性能。本专利技术是小型化、高灵敏度的高性能折射率传感器设计，在化学分析、生物检测以及食品加工监测领域应用价值巨大。本专利技术适用于高频段折射率传感器以及生物传感，灵敏度极佳，易于检测信号。利用点源进行激励时，在谐振频率处可以实现品质因数很高的谐振峰，可以通过偶极子天线检测辐射能量，在谐振频率处可以检测到峰值。通过改变传感器结构的结构尺寸以及传感器周围环境折射率，可以改变谐振峰值，通过频率变化量可以确定外界参数改变。本专利技术的有益效果是：本专利技术实现高灵敏度的折射率传感器的设计，适用于现代探测传感系统，具有高灵敏度，高集成度等优势。在谐振频率处形成谐振，谐振的品质因数为50，随着环境折射率的变化，本专利技术中的传感器具有0.78GHz/refractiveindexunit的灵敏度，解决现代探测传感系统中传感器灵敏度不高、体积过大等的技术问题。本专利技术传感器大小为1/2波长，厚度为0.04波长，大大减小了传感器的尺寸，提高了集成度，使其在新一代探测传感系统中的应用成为可能。本专利技术采用完全对称设计，使得不同角度入射的电磁波均能激发等离激元谐振模式，提高了其在新一代探测传感系统中应用的可能。综合来说，本专利技术适用于小型化、高灵敏度的高性能折射率传感器设计，在化学分析、生物检测以及食品加工监测领域应用价值巨大。附图说明图1是本专利技术实施例的传感器三维结构图；图2是本专利技术顶部金属结构视图；图3是本专利技术底部金属结构视图；图4是本专利技术金属过孔结构视图；图5是本专利技术开口谐振环结构在4.2GHz时电流分布图；图6是本专利技术传感器结构的反射参数曲线图；图7是本专利技术传感器结构的传输参数曲线图；图8是金属贴片长度对反射参数的影响曲线图；图9是金属过孔长度对反射参数的影响曲线图；图10是仿真情况下环境折射率变化对反射参数的影响曲线图；图11是实验情况下环境折射率变化对反射参数的影响曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。本专利技术具体实施的传感器结构分为三层，包括介质层和介质层上下两侧的无耗金属层，金属层均为金属贴片结构，上下两层金属间分布有16个金属过孔，连接上下两层金属贴片结构。如图1所示，具体的传感器包括从上到下依次布置的顶层、介质层S和底层；顶部贴片P1、P2,底部贴片P3，顶部贴片与底部贴片通过金属过孔T连接，贴片与金属过孔连接处有焊盘D。介质层S为圆柱形结构，顶层布置在介质层S的圆形顶面，底层布置在介质层S的圆形底面。如图2所示，顶层包括多组顶金属贴片，八组顶金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组顶金属贴片主要由沿介质层S中心同一径向方向间隔布置的一对条形的顶贴片P1与P2以及设置在顶贴片端部的焊盘构成，一对顶贴片P1与P2在相互相远离的末端端部均连接设置一个焊盘D，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中靠近介质层S中心的顶贴片P2均位于同一圆周位置，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中远离介质层S中心的顶贴片P1均位于同一圆周位置；例如图2所示，顶贴片P1径向的外端连接设置一个焊盘D，且所有顶贴片P1的该焊盘D处于同一圆周，且沿该圆周间隔均布；顶贴片P2径向的内端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能折射率传感器，其特征在于：所述传感器包括从上到下依次布置的顶层、介质层S和底层；顶层包括多组顶金属贴片，八组顶金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组顶金属贴片主要由沿介质层S中心同一径向方向间隔布置的一对条形的顶贴片P

【技术特征摘要】
1.一种高性能折射率传感器，其特征在于：所述传感器包括从上到下依次布置的顶层、介质层S和底层；顶层包括多组顶金属贴片，八组顶金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组顶金属贴片主要由沿介质层S中心同一径向方向间隔布置的一对条形的顶贴片P1与P2构成，一对顶贴片P1与P2在相互相远离的末端端部均连接设置一个焊盘D，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中靠近介质层S中心的顶贴片P2均位于同一圆周位置，所有组顶金属贴片各自的一对顶贴片P1与P2中远离介质层S中心的顶贴片P1均位于同一圆周位置；底层也包括八组底金属贴片，八组底金属贴片绕介质层S中心沿圆周周向间隔均布，每组底金属贴片主要由沿介质层S中心径向方向布置的一条条形的底贴片P3构成，底贴片P3在两末端端部均连接设置一个焊盘D，所有组底金属贴片的底贴片P3均位于同一圆周位置；介质层S为圆柱形结构，介质层S上布置有金属过孔T，顶层的顶金属贴片和底层的底金属贴片通过贯穿过介质层S的金属过孔T上下连接：各个组顶金属贴片中靠近介质层S中心的顶贴片P2靠近介质层S中心末端的焊盘D经金属过孔T和各...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尔平，秦鹏飞，
申请(专利权)人：海宁利伊电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33