CN101246123A - 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 - Google Patents
一种长程表面等离子波折射率检测芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101246123A CN101246123A CNA2008100556267A CN200810055626A CN101246123A CN 101246123 A CN101246123 A CN 101246123A CN A2008100556267 A CNA2008100556267 A CN A2008100556267A CN 200810055626 A CN200810055626 A CN 200810055626A CN 101246123 A CN101246123 A CN 101246123A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface plasma
- refractive index
- long
- sio
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 41
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 23
- 239000000427 antigen Substances 0.000 abstract description 5
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 abstract description 5
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 18
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了属于集成光电子技术领域的长程表面等离子波折射率检测芯片。是一种衬底上生长金属薄膜或条形金属，上下表面限定折射率的介质以及介质缓冲层组成。介质缓冲层附着在金属薄膜或条形金属上，金属薄膜或条形金属和介质缓冲层夹在两层介质中间，并在介质上层表面开孔作为测量槽。该芯片通过从该金属薄膜或条形金属端面激励的方法产生长程表面等离子波，通过测定该长程表面等离子波的传输损耗变化或/和光斑尺寸大小变化来检测测量槽内液体折射率变化或生物抗体抗原反应。本发明利用长程表面等离子波来进行折射率的检测，为实现可集成的折射率检测器提供了可能；为大范围高精度集成折射率测量提供了可能，使得测试封装更为简便可行。
Description
技术领域
本发明属于集成光电子技术领域。特别涉及在光子集成、传感等领域应用的可集成的一种长程表面等离子波折射率检测芯片。
背景技术
表面等离子波(Surface plasmon polariton(SPP)，图1)是一种沿金属和介质界面传播的电磁场，在介质中它的振幅随着离开界面的距离指数衰减。SPP是一种表面波，它的场能量集中在金属和介质界面的附近，这使得在金属表面的场很强，对于表面的形态，特别是折射率的变化非常敏感。在生化传感器方面有着广泛的应用前景。
如图1所示，传统的表面等离子波生化传感器是将一束光3打在容易产生表面等离子的金属表面1上，改变入射光3的角度，表面等离子体只在某一个特定角度5的入射光下被激励，这时，反射光4的功率会急剧减小。而这个特定的角度对金属表面交界处物质2的折射率非常敏感，通过测定反射光功率减小时入射光的角度5，可以测定金属表面交界处物质2的折射率。这种传统的测量方法需要棱镜、转台等分离的元件，不仅体积大，调节困难，而且，稳定性差，成本高，严重限制了它的推广和应用。
当金属部分做成薄膜状，如图2所示，在薄膜的上表面101，下表面102将产生两组表面等离子波，当金属薄膜薄到一定的程度，这两组表面等离子波将产生耦合，这种耦合波的电场分布大部分集中在金属以外的上介质2和下介质6中，所以，传播损耗比较小，可以在金属表面传播较长一段距离，所以被称为长程表面等离子波(long range surface plasmon，LR-SP)。这种长程表面等离子波的传播损耗对金属薄膜上介质2和下介质6的折射率差非常敏感，测定长程表面等离子波传输损耗或(和)光斑尺寸大小，可以实现折射率高精度测量。但是这种方法精度高但测量范围小，且结构不利于封装和实用化，对其推广和应用有负面影响。
当金属做成条状，如图3所示，并在金属上方加入缓冲层3，待测条形金属11两旁加入参考臂12、参考臂13，芯片测量范围可以通过缓冲层厚度调节，芯片封装可以通过参考臂对准来完成，且条形金属更利于光纤直接激励。这种长程表面等离子波的传输损耗对条形金属上介质4，下介质7的折射率差非常敏感，测定长程表面等离子波传输损耗或(和)光斑尺寸大小，可以实现折射率高精度测量(如图4所示)，当缓冲层3和下介质7的折射率固定在1.444时，条形金属上介质4的折射率(图中横坐标)发生变化时，长程表面等离子波的传输损耗(图中纵坐标)随之发生明显变化，测量区域如图8所示，且随缓冲层3厚度的增加，灵敏度减小而测量范围增加，这为我们利用长程表面等离子波来实现折射率的大范围，高精度检测提供了可能。
发明内容
本发明是为了解决传统的表面等离子波折射率检测器的体积大、所需元器件多、调节困难、稳定性差等问题而提供可集成的一种长程表面等离子波折射率检测芯片。同时提出了条形金属结构，缓冲层结构和参考臂结构，增加检测芯片的测量范围，使其更实用化。其特征在于，
所述长程表面等离子波折射率检测芯片结构特征，是由金属薄膜或条形金属，上下表面为富硅氧化硅SiOx、SiO2或苯并环丁烯BCB以及介质缓冲层富硅氧化硅SiOx或富硅氮化硅SiNy组成，其中0＜x＜2、0＜y＜4/3；介质缓冲层附着在金属薄膜或条形金属上，金属薄膜或条形金属和介质缓冲层夹在两层SiOx、SiO2或BCB中间，并在SiOx、SiO2或BCB上层表面开孔作为测量槽。所有结构生长在Si衬底，GaAs衬底，InP衬底或SiO2衬底上。该芯片通过从该金属薄膜或条形金属端面激励的方法产生长程表面等离子波，通过测定该长程表面等离子波的传输损耗变化或/和光斑尺寸大小变化来检测测量槽内液体折射率变化或生物抗体抗原反应。
所述金属薄膜或条形金属中的金属是金、银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种，厚度限定在10nm～100nm，条形金属宽度限定在2μm～20μm。
所述介质的折射率限定在1.2～3.8，该介质厚度限定在1μm～20μm。
所述介质缓冲层为SiOx或SiNy，其折射率限定在1.2～3.8，该介质厚度限定在1nm～5μm。
所述SiO2厚度限定在1μm～20μm。
所述BCB厚度限定在1μm以上。
本发明的有益效果是利用长程表面等离子波来进行折射率的检测，并且加入了条形结构，缓冲层和参考臂，所以本发明具有三大优势。首先，检测对象不再是传统技术中的空间反射光角度，而是传输损耗变化或(和)光斑尺寸大小变化，为实现可集成的介质折射率检测器提供了可能；其次，加入缓冲层使得测量范围和精度可以调节，为大范围高精度液体折射率或生物抗体抗原反应测试提供了可能；第三，条形金属结构为光纤或波导端面耦合提供了便利，参考臂为芯片封装提供了支持，这样长程表面等离子波可以通过光纤或波导端面耦合的方法来激励，省去空间入射光的控制部分，封装成带尾纤的芯片，这使得本发明更具实用性和产业价值。
附图说明
图1传统表面等离子波折射率检测原理示意图：图中包括：金属1，金属上方介质2，入射光3，反射光4，入射角5。
图2承载长程表面等离子波的金属薄膜结构，无参考臂和缓冲层：金属下表面101，金属上表面102，金属薄膜下方介质6，金属薄膜上方待测介质2。
图3承载长程表面等离子波的条形金属结构，有参考臂和缓冲层：测量臂11，第一参考臂12， 第二参考臂13，上下限制介质7，金属上方缓冲层3，待测介质4。
图4长程表面等离子波传输损耗随测量窗口折射率变化图：8为测量区域。
图5光斑大小随金属上层介质折射率变化而变化
图6长程表面等离子波折射率检测芯片示意图：SiO2下限制层601，SiO2上限制层602，Au薄膜603，缓冲层604，测量窗口605，Si基板10，测量Au臂21，第一参考Au臂22，第二参考Au臂23。
图7为图6的A-A截面图：端面激励表面等离子场的入射光纤或波导91，探测长程表面等离子场的光纤或红外探测用CCD92。
图8为图6的B-B截面图。
图9为图7的C-C截面图。
图10为实施例2长程表面等离子波折射率检测芯片示意图：生物抗体01，生物抗原02，.测量Au臂21
具体实施方式
本发明提供可集成的一种长程表面等离子波折射率检测芯片。同时还提出了条形金属结构，缓冲层结构和参考臂结构，增加检测芯片的测量范围，使其更实用化。下面结合附图对本发明予以进一步说明。
首先需要进行结构的设计，确定金属薄膜的材料和厚度，条形金属的宽度，上下限制层的材料，缓冲层的材料，使得该结构可以用端面激励的方法产生沿金属表面传播的长程表面等离子波。根据设计的结果，利用光刻方法形成条形图案，在所选择的衬底材料上采用溅射或蒸镀的方法形成10nm～100nm厚度的金属薄膜，利用抬离或者湿法刻蚀的方法形成条形金属，条形金属宽度限定在2μm～20μm，然后在条形金属上采用溅射，蒸镀或者甩胶固化的方法形成缓冲层和上限制层，并且用湿法或干法刻蚀的形成测量窗口，最后，根据直接需要，在测量窗口中通入液体，或者培养抗体抗原。
实施例1
图6所示为长程表面等离子波折射率检测芯片基本结构，图7为图6的AA截面图，图8为图6的BB截面图，图9为图7的CC截面图。选择Si基板10，选择SiO2或SiOx为下限制层601和上限制层602，在Si基板10上通过PECVD生长下限制层601，然后在下限制层601上通过光刻的方法形成8μm宽的条型图案，再通过溅射或蒸镀的方法形成20nm厚的Au薄膜603，然后通过抬离或湿法刻蚀的方法形成Au条测量臂21以及第一参考Au臂22、第二参考Au臂23，接下来通过溅射、蒸镀或者甩胶固化的方法形成缓冲层604，材料为SiOx或SiNy。根据具体测试条件，缓冲层604厚度为10nm～1μm，然后再通过PECVD生长上限制层602，最后通过湿法或干法刻蚀形成测试窗口605，测试窗口长度2mm，宽度200μm。将上述芯片固定，在其两侧固定上入射光纤91和探测光纤92，入射光纤91和探测光纤92的高度要和第一参考Au臂22的中心对准，入射光纤91和探测光纤92之间第一参考Au臂22的长度为3mm。从入射光纤91出射的光场将在第一参考Au臂22上激励起表面等离子场，由于Au薄膜合适的厚度，使得上下表面等离子场耦合形成可以在一定距离内传播的长程表面等离子波，由探测光纤92探测到传输后的表面等离子场，调节光纤位置，当输出最大时固定其垂直方向位置，水平调节至测量臂21处。这时，在测量窗口605中放置待测物质(折射率不大于SiO2的透明液体)，由于测量窗口中介质的折射率的整体改变，发生在不超过图4中测量范围8时，可以很敏感地使长程表面等离子波的传输损耗发生改变，探测光纤92探测到的表面等离子场的功率将会随着待测物质的折射率的变化发生改变，从而达到检测折射率的功能。介质折射率的改变可以是因为物质间的反应，物质由于温度、压力、电磁场、光强等引起的整体折射率的改变，物质的成分由于外界环境引起的折射率的整体改变。
本实施例中的Au薄膜可以换成银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种或者是他们的合金，Si基底可以换成SiO2、GaAs、InP、Cu、Al等材料，不影响本实施例的使用功能。
实施例2
本发明的长程表面等离子波折射率检测芯片实施例2的基本结构如图6，图7，图8，图9所示。选择Si基板10，选择SiO2或SiOx(0＜x＜2)为下限制层601和上限制层602，在Si基板10上通过PECVD生长下限制层601，然后在下限制层601上通过光刻的方法形成8μm宽的条型图案，再通过溅射或蒸镀的方法形成20nm厚的Au薄膜603，然后通过抬离或湿法刻蚀的方法形成Au条测量臂21以及第一参考Au臂22、第二参考Au臂23，接下来通过溅射，蒸镀或者甩胶固化的方法形成缓冲层604，材料为SiOx或SiNy。根据具体测试条件，缓冲层604厚度为10nm～1μm，然后再通过PECVD生长上限制层602，最后通过湿法或干法刻蚀形成测试窗口605，测试窗口长度2mm，宽度200μm。将上述芯片固定，在其两侧固定上入射光纤91和探测光纤92，入射光纤91和探测光纤92，的高度要和第一参考Au臂22的中心对准，入射光纤91和探测光纤92之间第一参考Au臂22的长度为3mm。从入射光纤91出射的光场将在第一参考Au臂22上激励起表面等离子场，由于Au薄膜合适的厚度，使得上下表面等离子场耦合形成可以在一定距离内传播的长程表面等离子波，由探测光纤92探测到传输后的表面等离子场，调节光纤位置，当输出最大时固定其垂直方向位置，水平调节至测量臂21处。这时，如图10所示，在测量窗口605中生长生物抗体01(比如FLAG抗体)，然后通入含有生物抗原02(比如FLAG-BAP)的液体，此时测量窗口中折射率会随抗原浓度变化，由于测量窗口中介质的折射率的整体改变发生在不超过图4中测量范围8时，可以很敏感地使长程表面等离子波的传输损耗发生改变，探测光纤92探测到的表面等离子场的功率将会随着待测物质的折射率的变化发生改变，从而达到检测折射率的功能。介质折射率的改变可以是因为物质间的反应，物质由于温度、压力、电磁场、光强等引起的整体折射率的改变，物质的成分由于外界环境引起的折射率的整体改变。在上例的基础上，本例引入了生物实际应用，比上例更具体化。
本实施例中的Au薄膜可以换成银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种或者是他们的合金，Si基底可以换成SiO2、GaAs、InP、Cu、Al等材料，不影响本实施例的使用功能。
实施例3
本发明的长程表面等离子波折射率检测芯片实施例3的基本结构如图6，图7，图8，图9所示。选择Si基板10，选择BCB为下限制层601和上限制层602，在Si基板10上通过甩胶固化生长下限制层601，然后在下限制层601上通过光刻的方法形成8μm宽的条型图案，再通过溅射或蒸镀的方法形成20nm厚的Au薄膜603，然后通过抬离或湿法刻蚀的方法形成Au条测量臂21以及第一参考Au臂22、第二参考Au臂23，接下来通过溅射，蒸镀或者甩胶固化的方法形成缓冲层604，材料为SiOx或SiNy。根据具体测试条件，604厚度为10nm到1μm，然后再通过甩胶固化生长上限制层602，最后通过湿法或干法刻蚀形成测试窗口605，测试窗口长度2mm，宽度200μm。将上述芯片固定，在其两侧固定上入射光纤91和探测光纤92，入射光纤91和探测光纤92的高度要和第一参考Au臂22的中心对准，入射光纤91和探测光纤92之间第一参考Au臂22的长度为3mm。从，入射光纤91出射的光场将在第一参考Au臂22上激励起表面等离子场，由于Au薄膜合适的厚度，使得上下表面等离子场耦合形成可以在一定距离内传播的长程表面等离子波，由探测光纤92探测到传输后的表面等离子场，调节光纤位置，当输出最大时固定其垂直方向位置，水平调节至测量臂21处。这时，在测量窗口605中放置待测物质(折射率不大于BCB的透明液体)，由于测量窗口中介质的折射率的整体改变发生在不超过图4中测量范围8时，可以很敏感地使长程表面等离子波的传输损耗发生改变，探测光纤92探测到的表面等离子场的功率将会随着待测物质的折射率的变化发生改变，从而达到检测折射率的功能。介质折射率的改变可以是因为物质间的反应，物质由于温度、压力、电磁场、光强等引起的整体折射率的改变，物质的成分由于外界环境引起的折射率的整体改变。本例中，BCB树脂的折射率更高，在1.53左右，长程表面等离子波的限制更强，对表面变化更敏感，可以满足一些特殊应用的要求。此外，BCB的工艺更简单，便于实验和制造。
本实施例中的Au薄膜可以换成银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种或者是他们的合金，Si基底可以换成SiO2、GaAs、InP、Cu、Al等材料，不影响本实施例的使用功能。
实施例4
本发明的长程表面等离子波折射率检测芯片实施例4的基本结构如图6，图7，图8，图9所示。选择Si基板10，选择SiO2或SiOx为下限制层601和上限制层602，在Si基板10上通过甩胶固化生长下限制层601，然后在下限制层601上通过光刻的方法形成8μm宽的条型图案，再通过溅射或蒸镀的方法形成20nm厚的Au薄膜603，然后通过抬离或湿法刻蚀的方法形成Au条测量臂21以及第一参考臂22、第二参考臂23，接下来通过溅射，蒸镀或者甩胶固化的方法形成缓冲层604，材料为SiOx或SiNy。根据具体测试条件，缓冲层604厚度为10nm到1μm，然后再通过PECVD生长上限制层602，最后通过湿法或干法刻蚀形成测试窗口605，测试窗口605长度2mm，宽度200μm。将上述芯片固定，在其两侧固定上入射光纤91和探测CCD 92，入射光纤91和探测CCD 92的高度要和Au条第一参考臂22的中心对准，入射光纤91和探测CCD92之间Au条22的长度为3mm。从入射光纤91出射的光场将在Au条第一参考臂22上激励起表面等离子场，由于Au薄膜合适的厚度，使得上下表面等离子场耦合形成可以在一定距离内传播的长程表面等离子波，由探测CCD92探测到传输后的表面等离子场，调节光纤位置，当输出最大时固定其垂直方向位置，水平调节至测量臂21处。这时，在测量窗口605中放置待测物质(折射率不大于SiO2的透明液体)，由于测量窗口中介质的折射率的整体改变发生在不超过图4中测量范围8时，可以很敏感地使长程表面等离子波的传输损耗发生改变，探测CCD93探测到的表面等离子场的光斑尺寸大小(和功率大小)将会随着待测物质的折射率的变化发生改变。与实施例1相比，使用CCD来探测光斑大小随折射率的变化，可以获得更高的精度。
本实施例中的Au薄膜可以换成银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种或者是他们的合金，Si基底可以换成SiO2、GaAs、InP、Cu、Al等材料，不影响本实施例的使用功能。
Claims (6)
1.一种长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述长程表面等离子波折射率检测芯片结构为由金属薄膜或条形金属，上下表面为富硅氧化硅SiOx、SiO2或苯并环丁烯BCB以及介质缓冲层组成；介质缓冲层富硅氧化硅SiOx或富硅氮化硅SiNy附着在金属薄膜或条形金属上，金属薄膜或条形金属和介质缓冲层夹在两层SiOx、SiO2或BCB中间，并在SiOx、SiO2或BCB上层表面开孔作为测量槽，其中0＜x＜2、0＜y＜4/3；所有结构生长在Si衬底，GaAs衬底，InP衬底或SiO2衬底上；该芯片通过从该金属薄膜或条形金属端面激励的方法产生长程表面等离子波，通过测定该长程表面等离子波的传输损耗变化或/和光斑尺寸大小变化来检测测量槽内液体折射率变化或生物抗体抗原反应。
2.根据权利要求1所述长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述金属薄膜或条形金属中的金属是金、银、铝、铜、钛、镍、铬中的任何一种，厚度为10nm～100nm，条形金属宽度为2μm～20μm。
3.根据权利要求1所述长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述介质的折射率为1.2～3.8，该介质厚度为1μm～20μm。
4.根据权利要求1所述长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述介质缓冲层为SiOx或SiNy，折射率为1.2～3.8，该介质厚度为1nm～5μm。
5.根据权利要求1所述长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述SiO2厚度为1μm～20μm。
6.根据权利要求1所述长程表面等离子波折射率检测芯片，其特征在于，所述BCB厚度为1μm以上。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100556267A CN101246123B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 |
| JP2008335650A JP2009162754A (ja) | 2008-01-04 | 2008-12-29 | 測定チップ |
| US12/346,950 US8048385B2 (en) | 2008-01-04 | 2008-12-31 | Sensing chip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100556267A CN101246123B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101246123A true CN101246123A (zh) | 2008-08-20 |
| CN101246123B CN101246123B (zh) | 2012-03-14 |
Family
ID=39946700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100556267A Active CN101246123B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8048385B2 (zh) |
| JP (1) | JP2009162754A (zh) |
| CN (1) | CN101246123B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101726470B (zh) * | 2008-10-21 | 2011-08-17 | 北京大学 | 一种基于表面等离激元干涉的折射率传感器及其探测方法 |
| CN102279170A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-14 | 清华大学 | 一种集成的表面等离子体折射率传感器及其检测分析方法 |
| CN108132232A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种表面等离子体共振传感器 |
| CN109883998A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-14 | 电子科技大学 | 可见光可变穿透深度生物传感器及其制备方法 |
| CN110186872A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-08-30 | 电子科技大学 | 一种折射率传感器及其制备方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101246123B (zh) | 2008-01-04 | 2012-03-14 | 清华大学 | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 |
| US8035810B2 (en) * | 2008-02-05 | 2011-10-11 | Rohm Co., Ltd. | Surface plasmon resonance sensor chip |
| JP2012524381A (ja) | 2009-04-15 | 2012-10-11 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ボイドを含有する光学フィルムを備える光ガイド及びディスプレイシステム用ブラックライト |
| US9291752B2 (en) | 2013-08-19 | 2016-03-22 | 3M Innovative Properties Company | Retroreflecting optical construction |
| TWI605276B (zh) | 2009-04-15 | 2017-11-11 | ３Ｍ新設資產公司 | 光學結構及包含該光學結構之顯示系統 |
| US8964146B2 (en) | 2009-04-15 | 2015-02-24 | 3M Innovative Properties Company | Optical film for preventing optical coupling |
| WO2010121019A1 (en) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | 3M Innovative Properties Company | Retroreflecting optical construction |
| JP5997132B2 (ja) | 2010-04-15 | 2016-09-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 再帰反射性物品及びその形成方法 |
| MX341289B (es) | 2010-04-15 | 2016-08-12 | 3M Innovative Properties Co | Articulos retrorreflectantes que incluyen areas opticamente activas y areas opticamente inactivas. |
| KR20130092396A (ko) | 2010-04-15 | 2013-08-20 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 | 광학적 활성 영역 및 광학적 불활성 영역을 포함하는 재귀반사성 물품 |
| KR102446412B1 (ko) | 2016-04-19 | 2022-09-22 | 삼성전자주식회사 | 비모델식 굴절율 측정 방법 및 장치 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8813307D0 (en) * | 1988-06-06 | 1988-07-13 | Amersham Int Plc | Biological sensors |
| JP2000356585A (ja) * | 1999-06-16 | 2000-12-26 | Suzuki Motor Corp | Ｓｐｒセンサセル及びこれを用いた免疫反応測定装置 |
| US6421128B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-07-16 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Coupled plasmon-waveguide resonance spectroscopic device and method for measuring film properties in the ultraviolet and infrared special ranges |
| JP2003042944A (ja) | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 表面プラズモン共鳴センサ装置 |
| JP3759061B2 (ja) | 2002-03-25 | 2006-03-22 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 表面プラズモン共鳴センサ |
| JP3961405B2 (ja) * | 2002-11-18 | 2007-08-22 | 日本電信電話株式会社 | 表面プラズモン共鳴センサおよび屈折率変化測定方法 |
| WO2005052557A1 (en) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Lumiscence A/S | An examination system for examination of a specimen; sub-units and units therefore, a sensor and a microscope |
| JP2006250668A (ja) | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Tatsuro Endo | 非標識バイオチップ |
| JP2007271596A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光導波モードセンサー |
| JP5230149B2 (ja) * | 2007-09-10 | 2013-07-10 | ローム株式会社 | 表面プラズモン共鳴センサおよびバイオチップ |
| CN101246123B (zh) | 2008-01-04 | 2012-03-14 | 清华大学 | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 |
-
2008
- 2008-01-04 CN CN2008100556267A patent/CN101246123B/zh active Active
- 2008-12-29 JP JP2008335650A patent/JP2009162754A/ja active Pending
- 2008-12-31 US US12/346,950 patent/US8048385B2/en active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101726470B (zh) * | 2008-10-21 | 2011-08-17 | 北京大学 | 一种基于表面等离激元干涉的折射率传感器及其探测方法 |
| CN102279170A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-14 | 清华大学 | 一种集成的表面等离子体折射率传感器及其检测分析方法 |
| CN108132232A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种表面等离子体共振传感器 |
| CN109883998A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-14 | 电子科技大学 | 可见光可变穿透深度生物传感器及其制备方法 |
| CN109883998B (zh) * | 2019-03-19 | 2021-05-14 | 电子科技大学 | 可见光可变穿透深度生物传感器及其制备方法 |
| CN110186872A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-08-30 | 电子科技大学 | 一种折射率传感器及其制备方法 |
| CN110186872B (zh) * | 2019-06-21 | 2022-01-28 | 电子科技大学 | 一种折射率传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090209028A1 (en) | 2009-08-20 |
| US8048385B2 (en) | 2011-11-01 |
| CN101246123B (zh) | 2012-03-14 |
| JP2009162754A (ja) | 2009-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101246123B (zh) | 一种长程表面等离子波折射率检测芯片 | |
| CN111077112B (zh) | 基于表面等离子体的回音壁模式球状光学微腔折射率传感器及测量装置 | |
| CN203479701U (zh) | 一种光纤传感器及测量系统 | |
| CN103308476A (zh) | 基于游标效应的双微环谐振腔光学生化传感芯片 | |
| CN103398974A (zh) | 一种光纤传感器、制备方法及测量系统 | |
| CN101042341A (zh) | 基于导模激发古斯汉欣位移增强效应的溶液浓度测量方法 | |
| CN209802407U (zh) | 一种磁流体和侧面去包层的三芯光纤磁场和温度传感结构 | |
| CN210427778U (zh) | 一种双芯光纤磁场传感探头 | |
| CN108828263A (zh) | 一种基于tfbg测量微流控速度和方向的光纤传感器 | |
| CN104792731A (zh) | 一种基于共振光隧穿效应的液体折射率传感器 | |
| CN104964762B (zh) | 一种光栅结构的铌酸锂-金-铌酸锂表面等离子激元温度传感装置 | |
| Liu et al. | Two-dimensional transition metal dichalcogenides-based high sensitivity lossy mode refractive index sensor | |
| CN111649840B (zh) | 一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法 | |
| CN105628650A (zh) | 一种折射率检测方法及检测装置 | |
| KR100994980B1 (ko) | 장거리 표면 플라즈몬 기반 광도파로 온도센서 | |
| CN201903327U (zh) | 纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆系统 | |
| Ji et al. | Refractive index sensor based on metal-clad planar polymer waveguide operating at 850 nm | |
| CN102519911A (zh) | 一种基于表面等离子体共振的光波导传感器 | |
| CN209446469U (zh) | 面向液态物质传感检测的体增强拉曼光谱测试装置 | |
| CN207703718U (zh) | 一种双芯光纤透射式双通道spr传感器 | |
| CN102608699A (zh) | 短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构 | |
| CN101915749B (zh) | 基于金属双栅结构的反射式传感器 | |
| CN211014019U (zh) | 一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器 | |
| CN101008615A (zh) | 使用耦合表面等离子体的表面等离子体共振生物传感器 | |
| CN109946268B (zh) | 一种生物传感芯片及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20081226 Address after: Beijing 100084-82 mailbox code: 100084 Applicant after: TSINGHUA University Co-applicant after: Roma Corp. Address before: Beijing 100084-82 mailbox code: 100084 Applicant before: Tsinghua University |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231206 Address after: 30 Shuangqing Road, Haidian District, Beijing, Tsinghua University, Tsinghua Park, Beijing 100084-82 mailbox Patentee after: TSINGHUA University Address before: 100084 mailbox 100084-82, Beijing City Patentee before: TSINGHUA University Patentee before: Roma Corp. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |