一种导波表面等离子体共振传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种导波表面等离子体共振传感器，包括：棱镜(1)、金属膜(2)、硅膜(3)、Franckeite层(4)和石墨烯层(5)；所述金属膜(2)设置于所述棱镜(1)一侧面的表面上；所述硅膜(3)设置于所述金属膜(2)表面，所述Franckeite层(4)设置于所述硅膜(3)表面；所述石墨烯层(5)设置于所述Franckeite层(4)表面。通过本发明专利技术上述的导波表面等离子体共振传感器能够实现对分子的微量检测，使导波表面等离子体共振传感器具有高灵敏度和快速响应特性。

【技术实现步骤摘要】
一种导波表面等离子体共振传感器
本专利技术涉及表面等离子体传感
，特别是涉及一种导波表面等离子体共振传感器。
技术介绍
近年来随着科学和商业发展的要求，各种高性能传感器相继出现，表面等离子共振传感器具有灵敏度高、免标记、检测速度快和可靠性高等优点，因此表面等离子共振传感器受到人们的青睐。表面等离子激元是一种局域在介质-金属表面的特殊电磁模式，是入射光的光子与金属表面电子相互作用的结果，当光子的振动频率与电子的振动频率相等时，表面等离激元与入射光发生共振耦合，产生巨大的电场增强，即表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonancetechnology，SPR)。传感器界面附近传感介质折射率的微小变化会引起反射曲线的变化，当传感层折射率增加时，传感器对其表面发生的生物分子进行识别，这个过程既不需要对界面活性进行标记，也不需要对样品进行制备，因此利用传感器检测生物分子被广泛应用。然而，传统表面等离子体共振传感器用金属作为激发元件，金属对低浓度变化的待测样品具有较低的可探测性，造成生物分子在金属膜表面直接固定的数量非常有限，SPR传感器结构存在较大的不足，影响传感器的灵敏度。传统的导波SPR传感器由于导波SPR传感器中硅自身结构的限制，与生物分子结合不高，而且与折射率的线性相关系数也较低，导致灵敏度低，不利于物质的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种导波表面等离子体共振传感器，实现对分子的微量检测，使导波表面等离子体共振传感器具有高灵敏度和快速响应特性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种导波表面等离子体共振传感器，包括：棱镜、金属膜、硅膜、Franckeite层和石墨烯层；所述金属膜设置于所述棱镜一侧面的表面上；所述硅膜设置于所述金属膜表面，所述Franckeite层设置于所述硅膜表面；所述石墨烯层设置于所述Franckeite层表面。可选的，所述Franckeite层的材料包括PbS和SnS2。可选的，所述Franckeite层的厚度为1.8nm～7.2nm。可选的，所述金属膜为银膜。可选的，所述金属膜的厚度为50nm。可选的，所述硅膜的厚度为5nm。可选的，所述棱镜为SF10棱镜。可选的，所述棱镜的折射率为1.723。可选的，所述石墨烯层的厚度为0.34nm～1.7nm。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种导波表面等离子体共振传感器，在高折射率硅膜表面涂覆Franckeite层用于提高传感器灵敏度；Franckeite层上设置石墨烯层作为分子识别器，并进一步提高传感器的灵敏度。本专利技术提供了一种灵敏度高，检测范围大的表面等离子体共振传感器，且检测结果具有较好的线性相关度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种导波表面等离子体共振传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的未设置石墨烯层的导波表面等离子体共振传感器的反射曲线随入射角变化示意图；图3为本专利技术实施例所提供的未设置石墨烯层和未设置Franckeite层的导波表面等离子体共振传感器的反射曲线随入射角变化示意图；图4为本专利技术实施例所提供的的导波表面等离子体共振传感器中石墨烯层的层数对传感器灵敏度影响示意图；图5为本专利技术实施例所提供的导波表面等离子体共振传感器的反射光谱随传感层折射率变化示意图；图6为本专利技术实施例所提供的导波表面等离子体共振传感器的共振角度与传感层折射率的拟合曲线；图7为本专利技术实施例所提供的未设置石墨烯层和未设置Franckeite层的导波表面等离子体共振传感器的共振角度与传感层折射率的拟合曲线。符号说明：1、棱镜，2金属膜，3硅膜，4、Franckeite层，5、石墨烯层，6、入射光，7、反射光，8、传感层。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。本专利技术的目的是提供一种导波表面等离子体共振传感器，实现对分子的微量检测，使导波表面等离子体共振传感器具有高灵敏度和快速响应性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一图1为本专利技术实施例所提供的一种导波表面等离子体共振传感器的结构示意图，如图1所示，本专利技术一种导波表面等离子体共振传感器，包括：棱镜1、金属膜2、硅膜3、Franckeite层4和石墨烯层5；所述金属膜2设置于所述棱镜1一侧面的表面上；所述硅膜3设置于所述金属膜2表面，所述Franckeite层4设置于所述硅膜3表面；所述石墨烯层5设置于所述Franckeite层4表面。具体的，硅膜3为高折射率硅膜3，Franckeite层4和石墨烯层5均为二维材料，金属膜2位于棱镜1与高折射率硅膜3之间；所述Franckeite层4位于高折射率硅膜3上方；所述Franckeite层4与传感层8(待测物)之间为石墨烯层5，石墨烯层5为生物分子识别物，并与待测物接触；入射光6经过棱镜1发生全反射，在角度调制的模式下检测传感器的灵敏度。入射光6射入到棱镜1中，棱镜1用于激发表面等离子体，在棱镜1表面上镀金属膜2，从而激发表面等离子体共振效应，通过反射光7形成共振吸收谷。将高折射率的硅膜3沉积在金属膜2表面，提高传感器的灵敏度。此外，将Franckeit层4与石墨烯层5附着在硅膜3表面，提高传感器的灵敏度并增加了传感器吸附分子的能力。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述Franckeite层4的材料包括PbS和SnS2。具体的，Franckeite层4的材料是一种由硫化铅(PbS)和二硫化锌(SnS2)交替堆叠、具有独特的层状结构的新型生物传感材料；与黑磷相比，在空气中具有较高的稳定性。石墨烯为最早成功研制的二维材料，由于其本身的六角形蜂窝状结构，可以与芳香烃类的分子之间通过π键相互作用，有助于分子吸附在传感器表面，提高表面结合分子的能力，实现对分子物质的检测，使得表面等离子体共振传感器具有高灵敏度。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述Franckeite层4的厚度为1.8nm～7.2nm。也可以说厚度为1～4层，1层的厚度为1.8nm。具体的，本专利技术实施例中所述Franckeite层4的层数为1层，能够保证传感器能获得高的品质因数。作为一种可选的实施方式，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导波表面等离子体共振传感器，其特征在于，包括：/n棱镜(1)、金属膜(2)、硅膜(3)、Franckeite层(4)和石墨烯层(5)；/n所述金属膜(2)设置于所述棱镜(1)一侧面的表面上；所述硅膜(3)设置于所述金属膜(2)表面，所述Franckeite层(4)设置于所述硅膜(3)表面；所述石墨烯层(5)设置于所述Franckeite层(4)表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种导波表面等离子体共振传感器，其特征在于，包括：
棱镜(1)、金属膜(2)、硅膜(3)、Franckeite层(4)和石墨烯层(5)；
所述金属膜(2)设置于所述棱镜(1)一侧面的表面上；所述硅膜(3)设置于所述金属膜(2)表面，所述Franckeite层(4)设置于所述硅膜(3)表面；所述石墨烯层(5)设置于所述Franckeite层(4)表面。


2.根据权利要求1所述的导波表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述Franckeite层(4)的材料包括PbS和SnS2。


3.根据权利要求1所述的导波表面等离子体共振传感器，其特征在于，所述Franckeite层(4)的厚度为1.8nm～7.2nm。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书涛，刘娜，吕江涛，孔德明，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13