一种利用光标定硅纳米线传感器的方法技术

本发明专利技术提供一种利用光标定硅纳米线传感器的方法，包括：对所述硅纳米线传感器进行表面修饰；获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流；基于所述光响应电流确定光响应函数表达式的光响应函数解析式；根据所述光响应函数解析式和环境变量偏置值，确定目标物响应函数表达式的目标物响应函数解析式；基于所述目标物响应函数解析式，确定待测样品的响应电流所对应的待测样品浓度。该方法利用硅纳米线对光的吸收效率来评估硅纳米线传感器的性能，解决由于传感单元差异引起的传感器件响应效率不一致问题。该标定方法具有简单、高效、成本低、器件无损和不干扰后续器件使用的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光标定硅纳米线传感器的方法
：本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种利用光标定硅纳米线传感器的方法。
技术介绍
：以硅纳米线作为敏感单元的传感器具有灵敏度高、成本低、响应快速等优点，因此硅纳米线传感器受到了众多研究者的关注。硅纳米线传感器以硅为基本材料，由于不同晶向的硅腐蚀速率不同，使得硅纳米线可以通过氢氧化钾湿法腐蚀工艺获得。相比于化学生长或者电子束图形曝光的加工方法，传统湿法腐蚀工艺成本更低，因此从成本和原料丰富的角度讲，硅纳米线传感器有着其他类型硅纳米线传感器不可比拟的优势。采用传统湿法腐蚀工艺，由于分子扩散速率和腐蚀液浓度等细微差异，会出现在硅片不同区域腐蚀速率不同的现象，最终将导致硅片不同区域的硅纳米线尺寸出现细微偏差，影响器件整体一致性。使用不同批次或者不同硅片区域的硅纳米线传感器对同一个目标物进行测试，得到的测试结果并不相同，无法进行精确定量测试。因此，需要将传感器输出结果进行调制，使得不同硅纳米线传感器对同一目标物响应是相同的。
技术实现思路
：鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术公开了一种利用光标定硅纳米线传感器的方法。所述方法包括：对所述硅纳米线传感器进行表面修饰；获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流；基于所述光响应电流确定光响应函数表达式的光响应函数解析式；根据所述光响应函数解析式和环境变量偏置值，确定目标物响应函数表达式的目标物响应函数解析式；基于所述目标物响应函数解析式，确定待测样品的目标响应电流所对应的待测样品浓度。进一步的，所述获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流包括：确定预定测试环境；在预定测试环境下向所述硅纳米线传感器施加预设时间的预设电压；按照预设规则改变照射在所述硅纳米线传感器上的光照强度；记录每改变一次光照强度后，所述硅纳米线传感器所输出的光响应电流。进一步的，所述预定测试环境包括测试用预设光照强度、测试用预设温度、测试用预设湿度中的任意一种或多种。具体的，所述预设时间的时长至少大于所述硅纳米线传感器所输出的信号稳定之前所用的信号输出时间。进一步的，所述预设规则包括：照射在所述硅纳米线传感器上的光照强度梯度增加或梯度减小。进一步的，所述记录每改变一次光照强度后，所述硅纳米线传感器所输出的光响应电流之前，所述方法还包括：判断所述硅纳米线传感器的输出信号是否饱和，若是，停止对所述硅纳米线传感器进行光照。进一步的，所述光响应函数表达式为Rp＝f(P)，所述目标物函数表达式为Rc＝Af(C)+B，其中，B为环境变量偏置值。进一步的，所述基于所述光响应电流确定光响应函数表达式的光响应函数解析式之前，所述方法还包括：基于所述光响应电流，确定所述光响应电流对应的光响应模型；基于所述光响应模型，确定所述光响应函数表达式。进一步的，根据所述光响应函数解析式和环境变量偏置值，确定目标物响应函数表达式的目标物响应函数解析式包括：获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在参照物下的参照响应电流；获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在目标物下的标定响应电流；将参照响应电流值和标定响应电流值代入目标物函数表达式中，求出未知量A和未知量B；将所求得的A值和B值代入所述目标物响应函数表达式中，得到目标物响应函数解析式。进一步的，所述参照物为未溶解溶质的溶液，所述目标物为溶解有预设比例的标定溶质的溶液。本专利技术利用硅纳米线传感器光响应对目标物响应进行调制标定，其硅纳米线传感器光响应测量十分方便，而且测试结果稳定，重复性好，且可以基于标定后的函数解析式测试获取所需要的待测样品浓度，测试方便，结果准确。且，相比利用其他的表征手段，光标定不需要依赖昂贵的设备，成本低，在光标定过程中，对器件本身是无损的，不影响器件后续使用。附图说明：图1是本专利技术所述的利用光标定硅纳米线传感器的方法流程图；图2是本专利技术实施例中所述的本征吸收过程的原理图；图3是本专利技术实施例所述的硅纳米线传感器的响应模型图，其中：图(a)为光响应前硅纳米线内部载流子分布模型示意图，图(b)为光响应后硅纳米线内部载流子分布模型示意图，图(c)为硅纳米线光响应能带图；图(d)为硅纳米线传感器光响应示意图；图4是本专利技术实施例中所述的器件a的光响应曲线图；图5是本专利技术实施例中所述的器件b的光响应曲线图；图6是本专利技术实施例中所述的器件a的目标物响应曲线图；图7是本专利技术实施例中所述的器件b的目标物响应曲线图；图8是本专利技术实施例中所述的正态分布拟合图；图9是所述理论目标物响应电流和实际目标物响应电流的比较图。具体实施方式：为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用光标定硅纳米线传感器的方法，如图1所示，所述方法包括：S100、对所述硅纳米线传感器进行表面修饰；具体的，本专利技术意在利用硅纳米线传感器光响应对目标物响应进行调制，从而得到可用于测试获取待测样品浓度的函数解析式。可以理解的是，本说明书中所述的光响应为：在硅纳米线输出信号稳定的情况下，改变硅纳米线周围的光照强度，其输出信号发生变化，这种由光照强度发生变化导致的输出信号变化称为硅纳米线传感器的光响应。进一步的，因为在测试硅纳米线传感器对目标物的响应时需要进行表面修饰，因此，为了减少修饰过程对目标物响应的测试结果以及对光响应测试结果的影响，在对硅纳米线传感器进行光响应测试时，也对硅纳米线传感器进行表面修饰。可以理解的是，本说明书中所述的硅纳米线传感器对目标物的相应为：在硅纳米线输出信号稳定的情况下，改变硅纳米线传感器所测试的目标物的性质，例如改变目标物的浓度，其输出信号发生变化，这种由目标物的性质发生变化导致的输出信号变化称为硅纳米线传感器对目标物的响应。在一种可实施的方案中，对所述硅纳米线传感器进行表面修饰过程如下：使用氧等离子体设备对硅纳米线表面处理30min，将处理之后的硅纳米线传感器放进2％的APTES乙醇溶液浸泡12h-24h。取出浸泡后的所述硅纳米线传感器，用乙醇溶液冲洗3遍，氮气吹干，放入120摄氏度烘箱内15分钟。向硅纳米线传感器表面滴加2.5％的戊二醛溶液，并放进避光的盒子内部2小时，之后取出用PBS溶液冲洗，氮气吹干。之后向硅纳米线传感器表面滴加0.5μM的PNA探针溶液，放进避光的盒子内部2小时，取出以后用PBS冲洗3遍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：/n对所述硅纳米线传感器进行表面修饰；/n获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流；/n基于所述光响应电流确定光响应函数表达式的光响应函数解析式；/n根据所述光响应函数解析式和环境变量偏置值，确定目标物响应函数表达式的目标物响应函数解析式；/n基于所述目标物响应函数解析式，确定待测样品的响应电流所对应的待测样品浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：
对所述硅纳米线传感器进行表面修饰；
获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流；
基于所述光响应电流确定光响应函数表达式的光响应函数解析式；
根据所述光响应函数解析式和环境变量偏置值，确定目标物响应函数表达式的目标物响应函数解析式；
基于所述目标物响应函数解析式，确定待测样品的响应电流所对应的待测样品浓度。


2.根据权利要求1所述的利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述获取预定测试环境下已修饰硅纳米线传感器在不同光照强度下的光响应电流包括：
确定预定测试环境；
在预定测试环境下向所述硅纳米线传感器施加预设时间的预设电压；
按照预设规则改变照射在所述硅纳米线传感器上的光照强度；
记录每改变一次光照强度后，所述硅纳米线传感器所输出的光响应电流。


3.根据权利要求1或2所述的利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述预定测试环境包括测试用预设光照强度、测试用预设温度、测试用预设湿度中的任意一种或多种。


4.根据权利要求2所述的利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述预设时间的时长至少大于所述硅纳米线传感器所输出的信号稳定之前所用的信号输出时间。


5.根据权利要求2所述的利用光标定硅纳米线传感器的方法，其特征在于，所述预设规则包括：照射在所述硅纳米线传感器上的光照强度梯度增加或梯度减小。


6.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，陈世兴，杨义，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31