一种多种气体检测芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及气体检测元件领域，本发明专利技术公开了一种多种气体检测芯片及其制备方法，该多种气体检测芯片，其包括基底层、阵列层和覆盖层；阵列层设置在基底层上，阵列层由多个金属纳米颗粒按预设排布规则排布构成；覆盖层设置在阵列层上；覆盖层包括多层第一覆盖层，多层第一覆盖层分别覆盖阵列层的不同区域，多层第一覆盖层完全覆盖阵列层。如此，得到的多种气体检测芯片具有选择性高、检测灵敏度高、体积小、易集成化，并且能够对多种气体同时快速检测的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种多种气体检测芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气体检测元件领域，特别涉及一种多种气体检测芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]利用传感器件检测环境中气体种类和浓度，在环境监测、公共卫生、生命健康、生物安全等生产生活领域有着广泛的应用。光学检测是气体传感检测的重要手段之一，相比于传统的传感检测方法，光学检测技术不需要样品制备，具有快速、非侵入、高效和动态等优点，适用于现场快速检测和连续实时在线分析。基于等离激元的纳米光子传感，对周围环境折射率变化敏感，是一种出色的光学检测候选技术。
[0003]根据纳米结构几何形状的边界条件，可以分为两种不同形式的等离激元：在金属纳米薄膜和介电质界面产生的表面等离极化激元(SPP)和金属纳米颗粒支持的局域表面等离激元(LSPR)。表面等离极化激元(SPP)结构需要精确控制非垂直光入射角，导致整体器件微型化和集成化困难，并且容易受到体效应的影响，导致检测选择性较低。而局域表面等离激元(LSPR)结构的激元品质因子低，由于等离激元传感的检测灵敏度与即激元品质因子成正比，也就导致局域表面等离激元(LSPR)结构的检测灵敏度低。并且，通常情况下，表面等离极化激元(SPP)结构和局域表面等离激元(LSPR)结构的基底的折射率要远大于气体折射率，其纳米颗粒周围的非均一折射率会阻碍高品质等离激元共振峰的实现，进而限制等离激元结构对气体的高灵敏检测。并且，无论是表面等离极化激元(SPP)结构还是局域表面等离激元(LSPR)结构，通常只具有单一的等离激元结构，导致缺乏对不同气体检测的选择性，不能实现多种不同气体的同时检测，不能满足混合气体环境下对多种气体快速检测的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的是气体检测器件体积大、不易集成化，选择性低，并且检测灵敏度低，不能实现对多种气体的同时快速检测的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本申请在一方面公开了一种多种气体检测芯片，包括基底层、阵列层和覆盖层；
[0006]阵列层设置在基底层上，阵列层由多个金属纳米颗粒按预设排布规则排布构成；
[0007]覆盖层设置在阵列层上；覆盖层包括多层第一覆盖层，多层第一覆盖层分别覆盖阵列层的不同区域，多层第一覆盖层完全覆盖阵列层。
[0008]进一步的，阵列层的多个金属纳米颗粒具有相同的大小和形状。
[0009]进一步的，多层第一覆盖层的结构均不相同，用于吸附不同的待检测气体。
[0010]本申请在另一方面公开了一种多种气体检测芯片的制备方法，该方法包括：
[0011]确定阵列层中多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状；
[0012]基于多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状，在基底层上形成阵列层；
[0013]将阵列层划分为大小相同的多个区域，基于多个区域确定孔掩膜版中孔的排布、
大小和形状；
[0014]基于孔掩膜版，采用不同的制备原料，在多个区域上形成完全覆盖多个区域的覆盖层，得到初始检测阵列；覆盖层包括多层第一覆盖层；多层第一覆盖层分别覆盖多个区域中的不同区域；
[0015]将初始检测阵列划片，得到至少一个多种气体检测芯片；每个多种气体检测芯片均包括所述多层第一覆盖层。
[0016]进一步的，确定阵列层中多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状的方法为时域有限差分法。
[0017]进一步的，基于多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状，在基底层上形成阵列层，包括：
[0018]基于多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状，在基底层上形成光刻胶阵列；
[0019]基于光刻胶阵列在基底层上形成金属薄膜；
[0020]基于金属薄膜在基底层上形成阵列层；
[0021]将金属薄膜从基底层上剥离。
[0022]进一步的，基于多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状，在基底层上形成光刻胶阵列，包括：
[0023]基于多个金属纳米颗粒的预设排布规则、大小和形状设计光刻胶阵列模具；
[0024]通过光刻胶阵列模具在基底层上压印形成光刻胶阵列。
[0025]进一步的，基于多个区域确定孔掩膜版中孔的排布、大小和形状，包括：
[0026]确定孔掩膜版中孔的大小和形状与多个区域中每个区域的大小和形状一致；
[0027]确定孔掩膜版中孔的排布与多个区域中其中一个区域在阵列层中的排布位置一致。
[0028]进一步的，在多个区域上形成完全覆盖多个区域的覆盖层的方法为喷涂沉积。
[0029]进一步的，基于孔掩膜版，采用不同的制备原料，在多个区域上形成完全覆盖多个区域的覆盖层，得到初始检测阵列，包括：
[0030]将孔掩膜版上的孔与多个区域中其中一个区域对应；
[0031]基于孔掩膜版，将制备原料喷涂在阵列层上，形成一层第一覆盖层；
[0032]移动孔掩膜版，至孔掩膜版上的孔与多个区域中未形成第一覆盖层的其中一个区域对应；
[0033]更换制备原料；
[0034]基于移动后的孔掩膜版，将更换后的制备原料喷涂在阵列层上，形成一层第一覆盖层；
[0035]重复步骤：移动孔掩膜版，至孔掩膜版上的孔与多个区域中未形成第一覆盖层的其中一个区域对应；更换制备原料；基于移动后的孔掩膜版，将更换后的制备原料喷涂在阵列层上，形成一层第一覆盖层；直到多个区域上均形成一层第一覆盖层，得到初始检测阵列。
[0036]采用上述技术方案，本申请提供的多种气体检测芯片具有如下有益效果：
[0037]本申请公开的多种气体检测芯片，其包括基底层、阵列层和覆盖层；阵列层设置在
基底层上，阵列层由多个金属纳米颗粒按预设排布规则排布构成；覆盖层设置在阵列层上；覆盖层包括多层第一覆盖层，多层第一覆盖层分别覆盖阵列层的不同区域，多层第一覆盖层完全覆盖阵列层。如此，得到的多种气体检测芯片具有选择性高、检测灵敏度高、体积小、易集成化，并且能够对多种气体同时快速检测的优点。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。
[0039]图1为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的结构示意图；
[0040]图2为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的制备方法流程示意图；
[0041]图3为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的制备方法流程示意图；
[0042]图4为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的制备方法流程示意图；
[0043]图5为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的制备方法流程示意图；
[0044]图6为本申请实施例提供的一种多种气体检测芯片的制备方法流程示意图；
[0045]图7为本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多种气体检测芯片，其特征在于，包括基底层(1)、阵列层(2)和覆盖层(3)；所述阵列层(2)设置在所述基底层(1)上，所述阵列层(2)由多个金属纳米颗粒(21)按预设排布规则排布构成；所述覆盖层(3)设置在所述阵列层(2)上；所述覆盖层(3)包括多层第一覆盖层(31)；所述多层第一覆盖层(31)分别覆盖所述阵列层(2)的不同区域，所述多层第一覆盖层(31)完全覆盖所述阵列层(2)。2.根据权利要求1所述的一种多种气体检测芯片，其特征在于，所述阵列层(2)的所述多个金属纳米颗粒(21)具有相同的大小和形状。3.根据权利要求1所述的一种多种气体检测芯片，其特征在于，所述多层第一覆盖层(31)的结构均不相同，用于吸附不同的待检测气体。4.一种多种气体检测芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：确定阵列层(2)中多个金属纳米颗粒(21)的预设排布规则、大小和形状；基于所述多个金属纳米颗粒(21)的预设排布规则、大小和形状，在基底层(1)上形成所述阵列层(2)；将所述阵列层(2)划分为大小相同的多个区域，基于所述多个区域确定孔掩膜版(300)中孔的排布、大小和形状；基于所述孔掩膜版(300)，采用不同的制备原料，在所述多个区域上形成完全覆盖所述多个区域的覆盖层(3)，得到初始检测阵列(4)；所述覆盖层(3)包括多层第一覆盖层(31)；所述多层第一覆盖层(31)分别覆盖所述多个区域中的不同区域；将所述初始检测阵列(4)划片，得到至少一个多种气体检测芯片(5)；每个所述多种气体检测芯片(5)均包括所述多层第一覆盖层(31)。5.根据权利要求4所述的一种多种气体检测芯片的制备方法，其特征在于，所述确定阵列层(2)中多个金属纳米颗粒(21)的预设排布规则、大小和形状的方法为时域有限差分法。6.根据权利要求4所述的一种多种气体检测芯片的制备方法，其特征在于，所述基于所述多个金属纳米颗粒(21)的预设排布规则、大小和形状，在基底层(1)上形成所述阵列层(2)，包括：基于所述多个金属纳米颗粒(21)的预设排布规则、大小和形状，在所述基底层(1)上形成光刻胶阵列(110)；基于所述光刻胶阵列(110)在所述基底层(1)上形成金属薄膜(120)；基于所述金属薄膜(120)在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓诗凯，涂敏，
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：