一种双频带超材料太赫兹微流传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种双频带超材料太赫兹微流传感器，通过在金属平面反射层和金属微结构层之间形成用于测量液体样本的微流通道，以及设置多个超材料单元周期性排列在金属微结构层上将微流通道与超材料进行结合，能够保障每次测量时对测量液体样本厚度进行精确控制，同时液体分析物与微流通道内电磁场空间充分重叠，增强了两者相互作用，提升了传感性能，能够在降低电磁能量损耗低的同时，提高品质因子和灵敏度，进而满足设计高性能传感器的需求。进而满足设计高性能传感器的需求。进而满足设计高性能传感器的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种双频带超材料太赫兹微流传感器


[0001]本专利技术涉及传感器件
，特别是涉及一种双频带超材料太赫兹微流传感器。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率范围在0.1～10THz(对应波长为0.03～3毫米)的电磁波，该波段介于微波和红外之间，正好处于电子学到光子学的过渡区域。太赫兹波具有许多独特的性质：低光子能量与非电离性，与X光等射线相比，THz的光子能量为4.1meV，仅为毫电子伏特，远低于各种化学键的键能，不会对人体与生物组织造成结构性损坏；光谱指纹特性，THz波段包含了大多数生物大分子的转动或振动能级，特别是对于蛋白质与核酸生物有机大分子等，故可通过其特有的光谱特征识别，就如同利用指纹识别不同的人一样，故也称为其指纹性；另外还有其强穿透、吸水性、瞬态性、强分辨率、窄脉冲、宽带宽等优点被广泛应用于无损检测、通信、军用、医用等领域。其中，由于其特别具有优势的指纹性与低能量性，THz适用于生物传感检测。但最开始出现的利用太赫兹技术传感检测都需要进行标记，例如荧光标记、放射性核素标记、酶标记等，广泛应用于基因、蛋白质检测方面。但由于传统标记检测会破坏样本，且检测步骤复杂繁多，不利于快速检测与小型化器件从而进行更大范围的检测，故人们利用超材料与太赫兹传感器的结合发展了太赫兹超材料传感器。
[0003]超材料(Metamaterial)是人工设计的具有周期性排列的均匀等效电磁材料，其单元结构周期远远小于工作波长且具有一些自然界材料所不具备的特殊的电磁性质，例如负折射，负磁导率，负电导率、电磁诱导透明现象、完美吸收等。通过设计不同形状和尺寸的结构单元，超材料将产生不同的物理特性。在太赫兹频段内，周围环境折射率的微弱变化将会引起超材料电磁特性发生显著改变，太赫兹超材料适用于生物传感领域。
[0004]目前，太赫兹波段的生物传感技术仍未成熟完善，主要难点在于如何克服水对太赫兹波的强烈吸收。近年来随着微加工技术的不断进步，微流控技术为太赫兹传感检测提供了新的途径。现有微流技术能精确地将微流通道控制在一个很小的数量级，减少水对入射太赫兹波的吸收，从而提高传感器的灵敏度，但是依旧存在电磁能量损耗高、品质因子低等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有电磁能量损耗低、品质因子高、灵敏度高等特点的双频带超材料太赫兹微流传感器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种双频带超材料太赫兹微流传感器，包括：依次设置的基底、金属平面反射层、金属微结构层和盖层；
[0008]所述金属平面反射层和所述金属微结构层之间形成用于测量液体样本的微流通道；
[0009]所述金属微结构层包括多个超材料单元；多个所述超材料单元周期性排列。
[0010]优选地，所述超材料单元上设置有第一谐振环、第二谐振环和第三谐振环；
[0011]所述第一谐振环和所述第三谐振环以所述第二谐振环为中心对称设置，且所述第一谐振环和所述第三谐振环上均设置有开口，所述第一谐振环的开口和所述第三谐振环的开口相对设置。
[0012]优选地，所述第二谐振环为“工”字形谐振环。
[0013]优选地，所述金属微结构层的厚度范围为0.05～0.3μm；所述金属微结构层的制备材料为金、银、铜、铁、铝、铬和镍中的至少一种。
[0014]优选地，所述金属微结构层的厚度为0.2μm。
[0015]优选地，多个所述超材料单元的排列周期为130μm。
[0016]优选地，所述金属平面反射层的厚度为0.2μm；所述金属平面反射层的制备材料与所述金属微结构层的制备材料相同。
[0017]优选地，所述盖层的厚度范围为50～120μm；所述盖层的制备材料为聚酰亚胺、石英、砷化镓、高阻硅、聚四氟乙烯、聚丙烯和聚甲基戊烯中的任意一种。
[0018]优选地，所述基底的厚度范围为1～500μm；所述基底的制备材料为高阻硅、聚酰亚胺和石英中的任意一种。
[0019]优选地，所述微流通道的厚度范围为8～12μm。
[0020]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：
[0021]本专利技术提供的双频带超材料太赫兹微流传感器，通过在金属平面反射层和金属微结构层之间形成用于测量液体样本的微流通道，以及设置多个超材料单元周期性排列在金属微结构层上将微流通道与超材料进行结合，能够保障每次测量时对测量液体样本厚度进行精确控制，同时液体分析物与微流通道内电磁场空间充分重叠，增强了两者相互作用，提升了传感性能，能够在降低电磁能量损耗低的同时，提高品质因子和灵敏度，进而满足设计高性能传感器的需求。
附图说明
[0022]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。
[0023]图1为本专利技术提供的双频带超材料太赫兹微流传感器的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的超材料单元的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的双频带超材料太赫兹微流传感器的最佳仿真结果图；
[0026]图4为本专利技术实施例提供的双频带超材料太赫兹微流传感器在谐振频率点的金属微结构与金属平面反射层对应位置的表面电流图；
[0027]图5为本专利技术实施例提供的双频带超材料太赫兹微流传感器的检测不同折射率液体样本的仿真结果图；
[0028]图6为本专利技术实施例提供的双频带超材料太赫兹微流传感器的不同谐振点随折射率变化的偏移量的线性拟合图。
[0029]符号说明：
[0030]1‑
盖层，2
‑
金属微结构层，21
‑
第一谐振环，22
‑
第二谐振环，23
‑
第三谐振环，3
‑
微流通道，4
‑
金属平面反射层，5
‑
基底。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]本专利技术的目的是提供一种具有电磁能量损耗低、品质因子高、灵敏度高等特点的双频带超材料太赫兹微流传感器。
[0033]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。
[0034]如图1所示，本专利技术提供的双频带超材料太赫兹微流传感器包括依次设置的基底5、金属平面反射层4、金属微结构层2和盖层1。
[0035]金属平面反射层4和金属微结构层2之间形成用于测量液体样本的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频带超材料太赫兹微流传感器，其特征在于，包括：依次设置的基底、金属平面反射层、金属微结构层和盖层；所述金属平面反射层和所述金属微结构层之间形成用于测量液体样本的微流通道；所述金属微结构层包括多个超材料单元；多个所述超材料单元周期性排列。2.根据权利要求1所述的双频带超材料太赫兹微流传感器，其特征在于，所述超材料单元上设置有第一谐振环、第二谐振环和第三谐振环；所述第一谐振环和所述第三谐振环以所述第二谐振环为中心对称设置，且所述第一谐振环和所述第三谐振环上均设置有开口，所述第一谐振环的开口和所述第三谐振环的开口相对设置。3.根据权利要求2所述的双频带超材料太赫兹微流传感器，其特征在于，所述第二谐振环为“工”字形谐振环。4.根据权利要求1所述的双频带超材料太赫兹微流传感器，其特征在于，所述金属微结构层的厚度范围为0.05～0.3μm；所述金属微结构层的制备材料为金、银、铜、铁、铝、铬和镍中的至少一种。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓琥，李宗仁，尚丽平，刘泉澄，杨洁萍，武志翔，熊亮，屈薇薇，李占锋，何俊，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：