一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片制造技术

本发明专利技术涉及光学传感器芯片技术领域，尤其涉及一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，包括：高折射率棱镜、镍膜、二维材料BlueP/WS2、分析物；所述高折射率棱镜、镍膜、二维材料BlueP/WS2、分析物由下而上依次排列形成复合结构，本发明专利技术灵敏度有了极大的提高，适用于各种结构的表面等离子体传感器。用于各种结构的表面等离子体传感器。用于各种结构的表面等离子体传感器。

【技术实现步骤摘要】
[0012][0013][0014]k
(i+1)x
＝k
1x
＝k0n1sinθ
[0015][0016][0017]其中，R为传感器芯片整体结构的反射率；r
i,N
为结构的总反射响应；ρ
i,i+1
为第i层和第i+1层的反射；ε
i
代表第i层的介电常数；ε
i+1
代表第i+1层的介电常数；d
i+1
代表第i+1层的厚度；θ是传感器的透明电介质基底与多层介质层交界面上的入射光的入射角；k
1x
和k
1y
为入射光波矢(k1)的横向和纵向分量；k
iy
为第i层的纵向波矢分量。k
(i+1)x
和k
(i+1)y
为第i+1层的波矢分量；k0为自由空间的波矢；n1为棱镜的折射率；θ
res
为共振角；n
s
为传感层折射率；S为传感器的灵敏度。
[0018]与现有技术相比，本专利技术提供的一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片有益效果如下：
[0019]1.本专利技术提供一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，采用金属镍出色的磁光光学优点，将金属镍薄膜作为等离子体材料薄膜；提高传感器的灵敏度，在金属镍表面添加二维材料BlueP/WS2，相比未加二维材料BlueP/WS2的传感器芯片，灵敏度有了极大的提高，适用于各种结构的表面等离子体传感器。
附图说明
[0020]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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术的结构图；
[0022]图2为本专利技术的传感测试原理图；
[0023]图3为本专利技术的二维材料BlueP/WS2的灵敏度优化图；
[0024]图4为本专利技术的二维材料BlueP/WS2的反射曲线随层数的变化；
[0025]图5为本专利技术的传感测试图；
[0026]图6为本专利技术与未加二维材料BlueP/WS2的传感器灵敏度比较图。
[0027]附图标号：1-高折射率棱镜；2-镍膜；3-二维材料BlueP/WS2；4-分析物。
具体实施方式
[0028]下面将通过具体实施方式对本专利技术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作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。
[0029]如图1-6所示，所述一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，包括：高折射率棱镜(1)、镍膜(2)、二维材料BlueP/WS2(3)、分析物(4)；高折射率棱镜(1)、镍膜(2)、二维材料BlueP/WS2(3)、分析物(4)自下而上依次排列形成复合结构。
[0030]优选的，所述二维材料BlueP/WS2膜层(3)的厚度为0nm～3.75nm。
[0031]优选的，所述镍膜(2)厚度为70nm。
[0032]优选的，所述高折射率棱镜(1)为SF10棱镜，所述SF10棱镜的折射率大于等于待测物的折射率。
[0033]优选的，所述传感器芯片的反射率和灵敏度通过如下公式计算:
[0034]R＝|r
i,N
|2[0035][0036][0037]k
(i+1)x
＝k
1x
＝k0n1sinθ
[0038][0039][0040]其中，R为传感器芯片整体结构的反射率；r
i,N
为结构的总反射响应；ρ
i,i+1
为第i层和第i+1层的反射；ε
i
代表第i层的介电常数；ε
i+1
代表第i+1层的介电常数d
i+1
代表第i+1层的厚度；θ是传感器的透明电介质基底与多层介质层交界面上的入射光的入射角；k
1x
和k
1y
为入射光波矢(k1)的横向和纵向分量；k
iy
为第i层的纵向波矢分量；k
(i+1)x
和k
(i+1)y
为第i+1层的为波矢分量；k0为自由空间的波矢；R为传感器芯片整体结构的反射率；n1为棱镜的折射率；θ
res
为共振角；n
s
为传感层折射率；S为传感器的灵敏度。
[0041]本实施例中，如图1所示，提供了一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，包括高折射率棱镜(1)、金属镍(2)、和二维材料BlueP/WS2(3)；所述耦合棱镜(1)与二维材料BlueP/WS2(3)之间为金属镍(2)；所述二维材料BlueP/WS2(3)位于所述金属镍(2)上方，作为生物分子识别层与分析物(4)接触。
[0042]进一步地，所述金属镍(2)的厚度为70nm，介电函数为-5.2169+0.13825i。
[0043]进一步地，所述二维材料BlueP/WS2(3)的厚度为0～3.75nm,折射率为2.48+
0.17i，保证传感器在增加与传感层分子相互作用的同时获得高灵敏度。
[0044]通过采用本专利技术实施例的传感器，通过菲涅尔公式计算得到结构在各角度下的反射率：
[0045]R＝|r
i,N
|2ꢀꢀ
(1)
[0046]公式(1)中，R为传感器芯片整体结构的反射率，以结构中包含N层为例，该结构的总反射响应可以由下式给出：
[0047][0048]公式(2)中，r
i,N
为结构的总反射响应，ρ
i,i+1
为第i层和第i+1层的反射，ε
i
代表第i层的介电常数，ε
i+1
代表第i+1层的介电常数d
i+1
代表第i+1层的厚度。
[0049]此外，
[0050][0051]公式(3)中，θ是传感器的透明电介质基底与多层介质层交界面上的入射光的入射角。k
1x
和k
1y
为入射光波矢(k1)的横向和纵向分量。k
iy
为第i层的纵向波矢分量；k
(i+1)x
和k
(i+1)y
为第i+1层的波矢分量。k0为自由空间的波矢。n1为棱镜的折射率。θ
res
为共振角。n
s
为传感层折射率。传感探头附近折射率的增加(Δn
s
)会引起表面等离子体共振谱的偏移(Δθ
res
)，通过表面等离子体共振传感器反射光谱对特定的共振角的测量，改变共振参数。因此灵敏度S被定义为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，其特征在于，包括：高折射率棱镜(1)、镍膜(2)、二维材料BlueP/WS2(3)、分析物(4)；所述高折射率棱镜(1)、镍膜(2)、二维材料BlueP/WS2(3)、分析物(4)自下而上依次排列形成复合结构。2.根据权利要求1所述二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，其特征在于：所述二维材料BlueP/WS2膜层(3)的厚度为0nm～3.75nm。3.根据权利要求1所述二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，其特征在于，所述镍膜(2)厚度为70nm。4.根据权利要求1所述二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，其特征在于：所述高折射率棱镜(1)为SF10棱镜，所述SF10棱镜的折射率大于等于待测物的折射率。5.根据权利要求1所述二维材料增敏的表面等离子体共振传感器芯片，其特征在于：传感器芯片的反射率和灵敏度通过如下公式计算:R＝|r
i,N
|
22
k
(i+1)x

【专利技术属性】
技术研发人员：王书涛，刘娜，程琪，逄博，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：