提供一种化学成分检测微纳光学传感器及其制作与测量方法，包括硅基片，硅基片设置有光源、检测腔、光接收器，硅基片在光源与检测腔之间开设第一沟槽,在检测腔与光接收器之间开设第二沟槽,第一沟槽、第二沟槽内充满经液体灌注，固化后用作使光线定向传输的光波导材料，固化后的光波导材料在检测腔的两侧分别形成呈凸起圆弧形的聚光壁，从光源依次经第一沟槽内的光波导材料、检测腔、第二沟槽内的光波导材料至光接收器形成光通路；光源所发出光的波长正是只有所要检测的化学成分所能吸收的光的波长，光接收器是能接收的光并能转换成电参数值的光接收器；使用前先进行标定，获得标定关系后，就可以在现场测量。就可以在现场测量。就可以在现场测量。
【技术实现步骤摘要】
一种化学成份检测微纳光学传感器及其制作与检测方法
[0001]本专利技术涉及光谱吸收检测与微纳传感器
，具体涉及一种用于检测水体或大气环境中化学成分含量的微纳光学传感器及其制作方法与检测方法。
技术介绍
[0002]当光经过待测的液体或气体等时，待测物质可以吸收掉部分波长的光，具体吸收的光的波长与待测物质中的化学成分相关。利用这个原理可以设计出一类基于光谱吸收原理的化学成分分析的测量装置，其使用场景不局限于水体中、大气中。就目前而言，这一类装置体积普遍较为庞大，且需要采样带回进行测量。利用先进的技术，是否可以设计一款可现场检测或在线监测水体、大气中等某些化学成分的传感器替代原有的装置，且可以做到体积很小、方便携带。
[0003]目前大多数的基于光谱吸收原理的测量水或空气中等化学成分的装置是基于光谱仪的，由于光谱仪的体积很大，这也就限制了装置的使用场景，且需要到现场采样带回实验室进行分析，非常的不方便，也不可以做到在线检测。
[0004]微纳传感器是近几年传感器领域的热门方向，且目前国家正在大力扶持和发展微纳传感器领域。因为其可以在很小的体积空间里集成大量的微小器件单元来达到探测某种物理或化学量的目的，且方案成熟后可以批量生产，极大的降低了传感器的生产和制作成本。微纳传感器就是指以微米或纳米级加工技术为基础，在硅等半导体材料或其他新型材料上制作各类部件，最终封装成为一体的传感器。这类传感器具有体积小、可批量生产等技术优点，同时其测量精度和范围也可以满足大多数的使用场景。使用微纳技术制作传感器正是因为其可以在保证功能的基础上将体积做的非常小，解决了便携性的问题，研究和应用前景非常广阔。但是，目前尚未有关于可以检测水体或大气环境中化学成分含量的微纳光学传感器及其制作方法与检测方法的报道。因此，本申请专利技术人的想法是，利用微纳制造技术可以实现传感器部件高度集成化的特点，制作出体积微小、便于携带且可以实现现场检测水或空气中等化学成分的传感器。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用微纳加工技术制作的基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器及其制作与测量方法。
[0006]本专利技术所基于的基础技术原理为光谱吸收技术。光经过被测物后，若被测物中有需要检测化学成分，则会吸收掉部分特定波长的光，而特定波长光的吸收量与被测化学成分的浓度呈正相关性，即被测化学成分浓度越高，特定波长光的吸收量越大，则光信号接收器接收到的信号光强也越弱，因此可用吸收光的光强大小来判断被测物中的化学成分及其浓度。本专利技术是一种基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器，为了使光线聚集以达到尽可能高光强，提高传感器探测的精确度和灵敏度，其入射光与出射光的光波导端头均设计为凸透镜形状。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器的技术方案为：一种用于检测某种化学成分含量的微纳光学传感器，包括硅基片，其特征在于，所述硅基片设置有光源、用于容纳待检测介质的检测腔、光接收器, 所述硅基片，在光源与检测腔之间开设第一沟槽, 在检测腔与光接收器之间开设第二沟槽,所述第一沟槽、第二沟槽内充满经液体灌注，固化后用作使光线定向传输的光波导材料，所述固化后的光波导材料在检测腔的两侧分别形成呈凸起圆弧形的聚光壁，从所述光源依次经第一沟槽内的光波导材料、检测腔、第二沟槽内的光波导材料至光接收器形成光通路；所述光源所发出光的波长正是只有所要检测的化学成分所能吸收的光的波长，所述光接收器是能接收所述的光并能转换成电参数值的光接收器。所述电参数为电压或电流或电阻。
[0008]以下为本专利技术基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器进一步的方案：所述硅基片呈桌子形状，包括桌面板，桌面板下面为经蚀刻形成的对外界开放的检测腔, 检测腔的两侧为相对而立2个侧壁，2个侧壁相对的内侧面均呈凸起圆弧形，所述第一沟槽、第二沟槽从桌面板各自向下贯穿2个侧壁，所述第一沟槽、第二沟槽各自包括相互连通的扇形腔与矩形腔，在硅基片桌面各自留下扇形开口与矩形开口，所述光波导材料按扇形腔形状在所述2个侧壁相对的内侧面呈凸起圆弧形，所述光源、光接收器分别设置在这2个矩形开口的上方。
[0009]所述用作使光线定向传输的光波导材料的光波导材料为SU
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8光刻胶，光源选用固定波长的LED发光器或闪烁氙灯裸灯，光接收器选择光敏管或光电二极管。
[0010]所述第二沟槽的扇形腔大于第一沟槽的扇形腔。
[0011]所述光源、光接收器上方设置玻璃盖板。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器的制作方法所采用的技术方案为：一种用于检测某种化学成分含量的微纳光学传感器的制作方法，选用表面为晶面的双面抛光单晶硅片作为所述硅基片材料，其特征在于，按先后顺序包括以下工序：工序一、所述硅基片材料的选用、表面处理。
[0013]工序二、所述硅基片的蚀刻成型加工，在所述第一沟槽、第二沟槽内注入光波导材料，固化后形成光通路；工序三、将光源、光接收器粘贴在基片对应的开口处，从光接收器引出外接导线；工序四、最后进行外壳封装。
[0014]以下为本专利技术基于光谱吸收原理的化学成分检测微纳光学传感器的制作方法进一步的方案：以上所述的微纳光学传感器的制作方法，用于以上所述的硅基片呈桌子形状的微纳光学传感器的制作，其特征在于，所述工序二的蚀刻成型加工为：先进行所述检测腔的蚀刻成型，从选用的单晶硅片的两侧面的其中一侧面向内蚀刻至半，再从另一侧面向内蚀刻至贯穿；完成所述检测腔的蚀刻成型后，用隔水薄膜粘贴住蚀刻出的2个侧壁内侧面；后从硅基片桌面分别向下蚀刻出所述第一沟槽、第二沟槽；或者，先从硅基片桌面分别向下蚀刻出所述第一沟槽、第二沟槽，在所述第一沟槽、第二沟槽内注入光波导材料，固化后形成光通路，后再按以上所述进行检测腔的蚀刻成型。
[0015]以上所述的微纳光学传感器的制作方法中，工序一、工序二具体包括以下步骤：步骤一、对所选用的单晶硅片表面进行氧化形成氧化硅层；步骤二、在已氧化好的单晶硅片上涂光刻胶，并利用离心原理进行旋转甩平，使光刻胶均匀的覆盖住硅片，形成光刻胶层；步骤三、光刻后对硅基片进行显影曝光，在需要制备窗口的地方刻蚀掉多余的光刻胶，制备出接下来用于腐蚀的窗口；步骤四、利用腐蚀液腐蚀氧化硅，制备出对硅进行刻蚀的窗口；步骤五、选用合适的清洗液，将硅片上的光刻胶洗净去除；步骤六、硅基片的蚀刻成型与注入光波导材料：包括用于容纳待检测介质的检测腔的蚀刻成型，用于从光源通往检测腔的第一沟槽的蚀刻成型与注入光波导材料, 用于从检测腔通往光接收器的第二沟槽的蚀刻成型与注入光波导材料；步骤七、选用合适的清洗液，将硅片上的氧化硅洗净去除；所述工序三中，外壳封装前，在光源、光接收器上方粘贴玻璃盖板，以加强器件强度。
[0016]为了解决上述技术问题，本专利技术一种水体或大气环境中某种化学成分含量的检测方法所采用的技术方案为：使用如以上所述的任一种微纳光学传感器，根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于检测某种化学成分含量的微纳光学传感器，包括硅基片(1)，其特征在于，所述硅基片(1)设置有光源(2)、用于容纳待检测介质的检测腔(3)、光接收器(4),所述硅基片(1)，在光源(2)与检测腔(3)之间开设第一沟槽(5),在检测腔(3)与光接收器(4)之间开设第二沟槽(6),所述第一沟槽(5)、第二沟槽(6)内充满经液体灌注，固化后用作使光线定向传输的光波导材料，所述固化后的光波导材料在检测腔(3)的两侧分别形成呈凸起圆弧形的聚光壁，从所述光源(2)依次经第一沟槽(5)内的光波导材料、检测腔(3)、第二沟槽(6)内的光波导材料至光接收器(4)形成光通路；所述光源(2)所发出光的波长正是只有所要检测的化学成分所能吸收的光的波长，所述光接收器(4)是能接收所述的光并能转换成电参数值的光接收器(4)。2.如权利要求1所述的微纳光学传感器，其特征在于，所述硅基片(1)呈桌子形状，包括桌面板(7)，桌面板(7)下面为经蚀刻形成的对外界开放的检测腔(3),检测腔(3)的两侧为相对而立2个侧壁(8)，2个侧壁(8)相对的内侧面(9)均呈凸起圆弧形，所述第一沟槽(5)、第二沟槽(6)从桌面板(7)各自向下贯穿2个侧壁(8)，所述第一沟槽(5)、第二沟槽(6)各自包括相互连通的扇形腔(10)与矩形腔(11)，在硅基片(1)桌面(12)各自留下扇形开口与矩形开口，所述光波导材料按扇形腔(10)形状在所述2个侧壁(8)相对的内侧面(9)呈凸起圆弧形，所述光源(2)、光接收器(4)分别设置在这2个矩形腔(11)上开口的上方。3.如权利要求1所述的微纳光学传感器，其特征在于，所述用作使光线定向传输的光波导材料的光波导材料为SU
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8光刻胶，光源(2)选用固定波长的LED发光器或闪烁氙灯裸灯，光接收器(4)选择光敏管或光电二极管。4.如权利要求2所述的微纳光学传感器，其特征在于，所述第二沟槽(6)的扇形腔(10)大于第一沟槽(5)的扇形腔(10)。5.如权利要求2所述的微纳光学传感器，其特征在于，所述光源(2)、光接收器(4)上方设置玻璃盖板(13)。6.一种用于检测某种化学成分含量的微纳光学传感器的制作方法，选用表面为晶面的双面抛光单晶硅片作为所述硅基片(1)材料，其特征在于，按先后顺序包括以下工序：工序一、所述硅基片(1)材料的选用、表面处理。工序二、所述硅基片(1)的蚀刻成型加工，在所述第一沟槽(5)、第二沟槽(6)内注入光波导材料，固化后形成光通路；工序三、将光源(2)、光接收器(4)粘贴在基片对应的开口处，从光接收器(4)引出外接导线；工序四、最后进行外壳封装。7.如权利要求6所述的微纳光学传感器的制作方法，用于如权利要求1所述的微纳光学传感器的制作，其特征在于，所述工序二的蚀刻成型加工为：先进行所述检测腔(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：鹿胜康，金庆辉，郜晚蕾，管轶华，冯璐璠，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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