CN103733100B - 与检测电磁信号发送有关的装置和关联方法 - Google Patents

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Abstract

在这里描述的一个或者多个实施例中，提供一种装置（100），该装置包括用于检测电磁信号发送的第一层（110）和邻近第一层定位的第二层（120）。第一层（110）包括石墨烯，并且第二层（120）被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。第二层（120）经受的这一等离子体激元谐振由此使第一层（110）的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层（120）的特定等离子体激元谐振。

Description

与检测电磁信号发送有关的装置和关联方法
技术领域
本公开内容涉及包括纳米级光检测器的用于接收电磁信号发送（electromagnetic signalling）的装置、包括纳米级光检测器、关联的方法和装置的领域。
背景技术
认为将来将有物理世界和数字世界的融合并且这些世界之间的桥梁将主要基于无数的传感器网络。全世界已经部署大量传感器，但是为了使真实、无处不在的感测变成现实，通过低成本和可缩放的自组装过程制作而又在性能方面也有竞争力的传感器将是有帮助的。
对于将来的移动设备，低成本要求总是重要因素。此外，对环境灵敏的移动设备的皮肤概念有吸引力和挑战性。用户与他们的设备的‘感测皮肤’之间的亲密接触可以在保健和健康诊断领域中提供一系列功能特征，在这些领域中位于电话的内部中的传统传感器可能不适合。
石墨烯光子器件目前也是活跃领域，并且石墨烯光检测器特别地有用，因为它们具有用于在高频操作的潜力。此外，石墨烯的吸收谱跨越可见光和NIR区域为超宽带。
发明内容
在第一方面中，提供一种装置，该装置包括：
用于检测电磁信号发送的第一层，其中第一层包括石墨烯；以及
第二层，邻近第一层定位，并且被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振（plasmonic resonance），以由此使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层的特定等离子体激元谐振。
特定谱特性可以包括以下各项中的一项或者多项：
接收的电磁信号发送的特定波长、接收的电磁信号发送的一个或者多个峰值波长、接收的电磁信号发送的一个或者多个峰值频率、接收的电磁信号发送的一个或者多个空波长、接收的电磁信号发送的一个或者多个空频率以及接收的电磁信号发送的偏振。
第二层可以包括灵敏化区域阵列，灵敏化区域具有相应特定特性等离子体激元谐振参数，以由此使第一层的对应的相应邻近区域对特定相应波长的检测变灵敏。
第二层可以被配置用于经受等离子体激元谐振以使第一层的石墨烯变灵敏，以便对应地改变第一层的石墨烯的一个或者多个光吸收特性。
第一层的石墨烯的光吸收特性可以包括以下各项中的一项或者多项：
波长/频率选择性、吸收比等。
第一层的石墨烯的吸收特性将影响由第一层的石墨烯检测的波长/频率的谱。
第二层可以包括以下各项中的一项或者多项：
纳米空隙结构以及纳米粒子结构。
第二层可以被配置用于根据纳米空隙结构或者纳米粒子结构的一个或者多个谐振参数来经受等离子体激元谐振。
谐振参数可以包括以下各项中的一项或者多项：
粒子直径、空隙直径、粒子间距、空隙间距、每单位体积的空隙密度、每单位体积的粒子密度、粒子分布、空隙分布、纳米空隙结构的厚度、纳米粒子结构的厚度以及在一种或者多种等离子体激元结构中使用的材料的性质。
第一层可以相对于电磁信号发送的源被布置于第二层的上面或者下面。
第二层可以包括：
包括电介质衬底的第一子层；
包括传导材料并且定位于第一子层上的第二子层；以及
包括等离子体激元结构的第三子层，第三子层定位于第二子层上，其中在第二层内的第一子层、第二子层和第三子层的布置由此被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受电磁谐振，以由此使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层的特定等离子体激元谐振。
第一方面的装置可以是以下各项中的一项或者多项：
电子设备、便携电子设备、电子设备的模块、便携式电子设备的模块、电子设备的护套、便携式电子设备的护套、电子设备的模块的护套和便携式电子设备的模块的护套。
在另一方面中，提供一种装置，该装置包括：
用于检测电磁信号发送的第一层，其中第一层包括石墨烯；以及
第二层，邻近第一层定位，并且被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振以由此使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层的特定等离子体激元谐振；
其中该装置是以下各项中的一项或者多项：
电子设备、便携式电子设备、电子设备的模块、便携式电子设备的模块、电子设备的护套、便携式电子设备的护套、电子设备的模块的护套和便携式电子设备的模块的护套。
护套可以包括或者可以是以上装置中的任何装置的外壳或者可以形成以上装置中的任何装置的外壳的部分，
在另一方面中，提供一种方法，该方法包括：
在第一层检测电磁信号发送，其中第一层包括石墨烯，使石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于邻近第一层定位的第二层的特定等离子体激元谐振，第二层被配置用于响应于接收到所述电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。
在另一方面中，提供一种方法，该方法包括：
提供用于检测电磁信号发送的第一层，第一层包括石墨烯；并且
邻近第一层定位第二层，第二层被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，以由此使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层的特定等离子体激元谐振。
在另一方面中，提供一种装置，该装置包括：
用于检测电磁信号发送的装置，其中用于接收电磁信号发送的装置包括石墨烯；以及
用于经受等离子体激元谐振的装置，用于经受等离子体激元谐振的装置邻近第一层定位，并且被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，以由此使用于接收电磁信号发送的装置的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于用于经受等离子体激元谐振的装置的特定等离子体激元谐振。
在更多另一方面中，提供一种用于检测电磁信号发送的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码被配置用于在处理器上运行时基于与邻近第一层定位的第二层的特定等离子体激元谐振对应的接收的电磁信号发送、使用包括石墨烯的第一层来检测具有特定谱特性的电磁信号发送的存在，第二层被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。
计算机程序可以存储于计算机可读介质上。
本公开内容单独或者在各种组合中包括一个或者多个对应的方面、实施例或者特征、无论是否在该组合中或者单独具体陈述（包括要求保护）。用于执行讨论的功能中的一个或者多个功能的对应装置也在本公开内容内。
将理解在引用单个“处理器”或者单个“存储器”时，这可以包括多于一个“处理器”或者多于一个“存储器”。
用于实施公开的方法中的一种或者多种方法的对应计算机程序也在本公开内容内并且被描述的实施例中的一个或者多个实施例所包括。
以上发明内容旨在于仅是示例性而非限制性的。
附图说明
现在参照附图仅通过示例方式做出描述，在附图中：
图1a和1b示出等离子体激元（plasmon）和等离子体激元谐振的图示。
图2a和2b示出石墨烯光检测器层的示例。
图3a和3b示出本公开内容的实施例。
图4a-f示出制作实施例的方法。
图5示出用于制作实施例的流程图。
图6示出用于制作实施例的流程图。
图7a和7b示出另一实施例。
图8示出又一实施例。
图9示出计算机可读介质。
具体实施方式
有可以用来调查和检查不同物质和化学物的多个科学工具。例如向‘分析物’（待分析的物质）上照射光引起分析物中的电子的电子激发，并且通过测量这一电子激发，有可能确定关于讨论的物质的信息。
由于光由电磁信号发送/辐射组成，所以光的可变电场和磁场引起在讨论的物质的表面的电子振荡（至少在光保持在分析物采样上照射之时）。电子的确切行为依赖于向分析物上照射的光并且也依赖于分析物本身的表面的性质。
可以考虑将在材料的表面的电子的振荡量子化成称为‘等离子体激元’的准粒子，并且也可以观测这些‘等离子体激元’准粒子根据材料的性质在它们自己的特定波长/频率振荡。在解释在材料的表面中的电子振荡为‘等离子体激元’的概念可以链接到将声音振动视为‘声子’的相同思想。光子和等离子体激元二者是可观测行为的抽象量子化，这些量子化使得更易于解释讨论的系统的物理性质，但是二者都不是技术上实际的粒子。
在图1a中示出这一等离子体激元量子化的示例，该图图示表面等离子体激元（SP——在图中表示为‘A’）如何是在与金属/电介质界面（在图中表示为‘B’）平行的方向上传播的表面电磁波。
激发物质的表面以通过电磁信号发送/辐射来生成等离子体激元称为‘表面等离子体激元谐振’（SPR）。图1b图示等离子体激元激发如何响应于入射电磁波D的电场分量E而在金属球体C的表面上出现。这一幅图示出传导电子电荷云F的激发和总移位以及这一个云F如何跨越球体C的表面移动。表面等离子体激元跨越给定的体（比如球体C）移动的确切行为可能很复杂，但是说明这样的移动不是本公开内容的目的、因此将不进一步加以讨论。
针对给定的材料出现的等离子体激元谐振的性质确定其光学性质。例如等离子体激元谐振出现的频率（或者等效波长）确定材料的等离子体频率。这一等离子体频率如同用于光的‘截止’频率，其中材料反射在等离子体频率以下的光频率并且吸收在等离子体频率以上的光频率/经过材料透射（transmit）在等离子体频率以上的光频率。例如金和铜在可见光范围中具有特定等离子体频率从而反射的光/电磁辐射向这些材料共同给予它们的在特性上为黄色的外观。
应当注意，尽管等离子体激元谐振将在峰值波长出现，但是等离子体激元谐振效应可以根据讨论的材料的性质/配置产生多个波长峰值的谱（因此相对于具有单个波长峰值的谱比较丰富）。以下已经更具体讨论这一点。
这一等离子体激元谐振现象形成用于测量关于向金属表面上吸收材料的特定信息的许多基本工具的基础，并且这一等离子体激元谐振现象是多种生物传感器应用的操作之后的主要原理。例如表面等离子体激元谐振（SPR）谱学是一种可以监测生物键合过程的热力学和动力学并且更一般地监测局部电介质环境中的实时改变的无标签感测技术。它具有作为用于迅速检测食物传播或者环境病菌以及用于健康监测的移动分析系统的潜力。
利用这一等离子体激元谐振操作原理的特定工具通常具有某种光检测器/光检测层，该光检测器/光检测层，其接收与光检测器/光检测层关联的电磁信号发送和给定的采样的对应的等离子体激元谐振并且可以将这提供给计算机用于分析。形成光检测层的材料将影响系统对等离子体激元谐振的灵敏度并且也影响系统对哪些等离子体激元谐振频率灵敏。
就此而言可以有用的一种材料是石墨烯。在图2a中示出由石墨烯形成的光检测器层。石墨烯是作为单个层在原子级上看来与六边形网状很相似的特定碳原子配置。图2a示出石墨烯层的放大图以图示它的原子结构。作为一般材料，石墨烯具有广泛应用并且可以被卷起或者成形为其它结构（例如纳米管/富勒烯）或者堆叠成用于其它目的的多层等。
石墨烯适合作为光检测层，因为它高度地传导并且因为它在它的频率灵敏度方面是相对的宽带材料、即它不对任何频率过于灵敏、但是对所有电磁信号发送频率相对灵敏。图2b示出图形（旨在于示例而未必准确或者任何特定比例）以示出石墨烯对传入电磁信号发送的宽带频率/波长响应。石墨烯的其它物理性质是它轻、薄、软、透明并且相对稳健、因此可以减少相似现有设备的尺寸和重量。石墨烯也能够检测高频电磁辐射/信号发送（例如在吉赫兹频率范围或者等效波长中）。
然而石墨烯作为光检测呈的缺点可能是它对（例如来自分析物的）入射电磁辐射的总灵敏度有些低（尽管它有宽带频率灵敏度）。例如单个石墨烯的层通常仅吸收入射电磁信号发送的约3%。这对于等离子体激元谐振传感器可能是一个问题，因为这可能产生不良信噪比并且一般使它对材料的等离子体激元谐振更不灵敏，其中那些等离子体激元谐振具有低量值。略图图2b也图示这一不良灵敏度。本公开内容尝试减轻可能通过使用石墨烯而遇到的以上难点中的一个或者多个难点。
在这里描述的一个或者多个实施例中，提供一种装置，该装置包括用于检测电磁信号发送的第一层和邻近第一层定位的第二层。第一层包括石墨烯，并且第二层被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。第二层经受的这一等离子体激元谐振由此使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，接收的电磁信号发送的特定谱特性对应于第二层的特定等离子体激元谐振。特定谱特性可以包括以下各项中的一项或者多项：一个或者多个峰值波长、一个或者多个峰值频率、一个或者多个空波长和一个或者多个空频率。也可以认为这些特性代表在等离子体激元谐振谱内的特定波长（或者等效频率）或者特定波长频带。
第二层在受向第一层的石墨烯入射的电磁信号发送激发时经受等离子体激元谐振，这一等离子体激元谐振在于如以上描述的相同原理。通过提供这一层存在技术益处，在于增强第一层的石墨烯的光吸收并且增加石墨烯的波长选择性。在效果上，使第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，并且这一灵敏化所提供的特定谱特性依赖于第二层经受的等离子体激元谐振的性质。
现在将参照图3a描述第一实施例。
图3a图示根据本公开内容的第一实施例的装置100。装置100包括第一层110和第二层120。第一层110由单个石墨烯的层形成，但是第一层110可以包括多于一层石墨烯或者除了包括石墨烯的至少一层（但是未必仅由石墨烯构成）之外还包括其它特征。为了描述这一实施例的目的，将第一层110描述为如同它完全由一层石墨烯组成，但是其它实施例也可以包括多于一层或多层的其它材料或者其它组成。
在这一示例中，第二层120是被配置用于响应于电子激发而在特定波长经受等离子体激元谐振的等离子体激元结构。这一电子激发可以响应于经历来自另一层（例如第一层）的电子耦合到第二层的电磁信号发送或者经由电磁辐射直接接收的电磁信号发送而出现。可以认为第二层120‘抓取’已经直接穿过石墨烯并且尚未被检测到的电磁信号发送。第二层120然后经受等离子体激元谐振以向石墨烯提供这一杂散电磁信号发送，并且等离子体激元谐振的性质将确定接收的电磁信号发送的特定谱特性，然后使石墨烯变灵敏以检测这些谱特性。在任何情况下，无论直接或者间接地，第二层120是被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振的等离子体激元结构。
本领域技术人员将理解存在可以制作的多个不同类型的等离子体激元结构并且可以用不同方式制作这些不同类型的等离子体激元结构中的每个类型的等离子体激元结构。例如传导结构可以定义将响应于电子激发而经受等离子体激元谐振的等离子体激元纳米空隙（nanovoid）结构，该传导结构包括遍布的具有纳米级直径的多个空隙。相似地，非传导结构可以定义也将响应于电子激发而经受等离子体谐振的等离子体激元纳米粒子结构，该非传导结构包括遍布的多个传导纳米粒子。其它等离子体激元结构当然是可能的并且也在本公开内容的范围内。
在这一具体实施例中，第二层120是纳米空隙等离子体激元结构，并且在这里简要地而在以下（参照图5）更详细地讨论它的制作。在这一实施例中，第二层120包括第一、第二和第三子层130、140、150。第一子层130由电介质衬底形成。在这一示例中，第一子层130是涂覆有热生长的氧化硅层（例如50-300nm厚）的硅晶片。这提供高质量电介质衬底，但是其它材料也可能作为电介质衬底。
如以上已经提到的那样，等离子体激元结构、比如纳米空隙结构具有特定吸收谱，从而它们在与它的特定等离子体激元谐振对应的特定波长具有峰值。它因此将作用以使石墨烯变灵敏以最大地在这一等离子体激元谐振波长检测电磁信号、但是根据确切的吸收谱也在其它波长检测电磁信号。这因此将使第一层110对与第二层120的特定等离子体激元谐振对应的接收的电磁信号发送的谱特性变灵敏。
谱特性将是可以包括以下各项中的一项或者多项：一个或者多个峰值波长、一个或者多个峰值频率、一个或者多个空波长和一个或者多个空频率。在某些条件中，接收的电磁信号发送的偏振也可以构成一种谱特性（以下更详细讨论）。
第二和第三子层140、150为传导性的（例如是金属的）并且在这一示例中均由金（Au）形成、但是也可以由银（Ag）、铂（Pt）、铝（Al）形成。第二子层140也可以是铟锡氧化物层（ITO），但是第三子层150未必由ITO形成。在这一示例中，第二子层140为传导的以允许电沉积等离子体激元活跃的第三层150。作为结果，将理解在其中将未经由经由电沉积形成第三层150的实施例中可以省略第二子层140（未示出）。在这一示例中，在第二与第三子层140、150之间存在结构差异，这在下面有所描述。现在将变得清楚的是其它实施例可以省略这些层中的一层或者多层或者包括附加层。
可以通过使用薄膜气相技术（或者其它技术、比如溅射或者热挥发或者电子束挥发）在第一子层130的顶表面上沉积第二子层140。也将通过电沉积在第二子层140的顶表面上形成第三子层，但是制作第三子层以便设置有纳米级（例如数百nm级）的多个空隙。间隔这些空隙以便在整个第三子层形成纳米级尺寸的‘微泡（bubble）’。这一第三子层150的结构可以类似于金属海绵。这些‘微泡’定义整个第三子层150内的‘纳米空隙’。电沉积也仅为如何可以形成第二子层120的一个示例。电镀和使用适当传导（或者非传导）材料进行粘合也在本公开内容的范围内作为本领域已知的其它制作方法。
在这一示例中，通过在向第一子层130上沉积、随后向第二子层140上和在聚苯乙烯球体的间隙之间电沉积第三子层150之后在第二子层140上分布聚苯乙烯球体（或者其它体积形状）来形成这些纳米空隙。然后（例如通过溶剂）去除球体，从而第三子层150包括其中原本存在球体的空隙阵列。
在这一示例的变化（未示出）中，在第二子层上面提供第四子层。这一第四子层是非结构层，将在该层上并且由该层形成第三子层，从而第四子层然后可以用来充当‘种子’层以引起第三子层的晶体生长或者作为又一中间层以提高第四子层的粘合。
在这一实施例中，通过将第一层110粘附到第二层120的顶表面——该顶表面在这一示例中是第三子层150——使第二层120邻近第一层110定位来制成装置100。以这一方式，第二层120和第一层110相互邻接并且相互粘附，从而第一层110的下侧粘附到第二层的最上表面（第三子层150）。在另一实施例中，在第一与第二层110、120之间提供物理电介质间隔物层（未示出）以相互电隔离两层。然而正是第一和第二层110、120的邻近允许第二层120经历电子激发并且响应于第一层110接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。
如上所述，在物质如金属的顶表面接收到电磁信号发送时，等离子体激元谐振出现。这要求电磁信号发送包含与在讨论的材料中引起等离子体激元谐振的波长/频率匹配的特定波长/频率、即电磁信号发射的波长/频率必须与讨论的材料的等离子体频率重合。这一等离子体激元谐振在特定频率——讨论的材料的等离子体频率——出现。在这一装置100的情况下，电磁信号发送由第一层110接收，并且借助邻近第一层110的金属子层140、150使第二层120产生等离子体激元谐振。在效果上，第二层120充当等离子体激元结构，该结构影响第一层110的操作。
在等离子体激元谐振在邻近第一层110的石墨烯的层（即比如第二层120）中出现时，这引起：
1）增强电场在石墨烯附近的量值，因此增强能够在石墨烯内激发光生成的载流子(carrier)的电能；以及
2）反射或者散射已经经过石墨烯透射的原本浪费的光，这一反射或者散射的光可以具有用于在石墨烯内激发光生成的载流子的另一机会。
在第三子层150内的每单位体积的纳米空隙的确切直径/尺寸、间距和相对密度直接影响第二层120的顶表面的等离子体激元谐振。这是因为局部化表面等离子体激元（LSP）出现而不是按照图1的体表面等离子体激元出现。这些LSP是由于第三子层150的纳米空隙结构而局限于特定位置的电荷密度振荡。
在备选示例中，第三子层150并非传导的而是绝缘的，并且在第三子层150中提供的纳米空隙代之以是传导/金属纳米粒子。这提供与以上描述的纳米结构相似的效果、但是可以视为纳米空隙结构的逆结构（即纳米粒子结构包括非传导体积层，该层具有遍布的传导纳米级体积；纳米空隙结构包括传导体积层，该层具有遍布的非传导纳米级体积）。在任何情况下，通过电磁辐射激发LSP造成强光散射、出现密集SP吸收带和增强局部电磁场。
近邻第一层110的石墨烯的局部电磁场的这一增强使第一层110对电磁信号发送的总灵敏度增强。此外，第二层120将在这一示例中借助第三子层的等离子体激元结构在特定波长经受等离子体激元谐振。因此，第一层110的灵敏度的增强将在与第二层120经历的等离子体激元谐振对应的特定波长/频率受到加强。概括而言，这意味着通过提供第二层120，该第二层被配置用于响应于第一层110的石墨烯接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，有可能使第一层110的石墨烯对与第二层120的特定等离子体激元谐振对应的特定波长的检测变灵敏。
在图3b中示意性地图示这一点。向装置100的第一层110上照射电磁信号发送/辐射。可以从邻近第一层110定位的分析物接收这一电磁信号发送/辐射，但是这一装置100的操作未必限于此。应当指出，这样的等离子体激元结构的光学谱可以具有丰富的谱特征集合并且很少简单地是在谐振波长的单峰。已经示出简单单峰型图形，但是该图形不应视为是限制性的。
电磁信号发送不仅引起具有石墨烯的第一层110的而且在邻近第二层120中的电子激发，因为第二层120接收穿过第一层110的任何电磁信号发送。这一接收的电磁信号发送使第二层120经受等离子体激元谐振。第二层120的特定等离子体激元谐振的确切性质由等离子体激元结构的配置（在这一情况下为第三子层150的配置）确定。第二层120的电子激发和等离子体激元谐振又影响第一层110的灵敏度。
具体而言，邻近第一层110出现的第二层120的局部化等离子体激元谐振所生成的电磁场增强第一层110对与第二层120的特定等离子体激元谐振对应的特定谱特性（例如特定波长）的灵敏度。作为结果，使第一层110远比孤立下更灵敏并且也（按照谱特性）对特定波长/频率等灵敏而不是非特异性的。
这意味着在石墨烯光检测层接收（例如由分析物提供的）电磁信号时，石墨烯层经受的并且被输出（例如通过与计算机或者电子设备的电输出接触[未示出]）用于进一步分析的电子激发然后可以在输出信号发送的幅度方面被增强并且也对特定波长变灵敏。
例如在其中装置用来感测已经在装置的表面吸收的分析物的示例中，吸收的分析物可以影响设备的局部电介质环境、因此可以对如下条件具有影响，这些条件确定等离子体激元谐振的行为。例如分析物的影响可以加剧或者削弱电磁信号发送在石墨烯层的电介质在一些频率的影响并且因此影响光载流子在石墨烯中的生成速率。在这样的示例中，对装置的响应的这一改变将本身表现为可以输出的光电流的改变。
概括而言，提供具有石墨烯光检测层的等离子体激元结构允许使具有石墨烯的第一层变灵敏以提供比当前提供的光检测装置增强和更灵敏的光检测装置（100）。由石墨烯制成第一层110可以允许更小、更轻和稳健得多的光检测装置，可以提供该装置作为电子设备、便携式电子设备的部分、用于这些设备的模块或者用于这些（模块或者设备）中的任何项的护套/外壳，而等离子体激元结构允许具体调节和增强这样的石墨烯层的功能性。
已经向图中描绘的其它实施例提供与更早描述的实施例的相似特征对应的标号。例如特征标号1也可以对应于编号101、201、301等。这些编号的特征可以出现于图中、但是可以尚未在这些具体实施例的描述中被直接引用。仍然已经在图中提供这些特征以辅助理解更多实施例、特别是关于更早描述的相似实施例的特征。
现在将参照图4a-f更详细地描述装置100的制作方法。应当注意这仅为制造本公开内容的一个或者多个实施例的一种方式并且存在以下描述的这一方法的、本领域技术人员可用的其它可替换方式以便达到这里描述的实施例中的一个或者多个实施例。
图4a示出第一子层230。这与在图3a中相似地是电介质衬底（比如热氧化硅晶片等）。这是根据设计者/用户可能需要的特定尺寸的装置200来设定尺度的。
图4b示出已经向第一子层上电沉积第二子层240。第二子层240是由金属、比如金或者银等形成的金属传导层。
图4c示出已经在第二子层240上面沉积聚苯乙烯球体S的阵列。这些球体为纳米级并且在这一实施例中直径为300nm，但是其它直径是可能的。这些球体S的定位确定以后将在纳米空隙结构中留下的空隙V、因此也将确定等离子体激元谐振和装置对特定波长的灵敏度，因此可以根据特定设计者/用户希望的结构配置、布置和定位球体S。在这一示例中的布置是一层深的六角密积（HCP）配置。
图4d示出已经向第二层上电沉积第三子层250以填充球体S尚未占据的任何体积至给定的深度。在这一示例中，球体S的顶部突出超出第三子层250的顶部，但是这在其它示例（未示出）中无需如此。
图4e示出已经去除（例如通过酸、如四氢呋喃（THF）或者甲苯的其它溶剂等）聚苯乙烯球体S以留下限定的空隙V。将理解其它材料可以用于球体S并且仍然可以使用其它几何体积取代‘球形’体积。
空隙V共同限定相应子层230、240、250，随之形成第二层220，该第二层被配置用于基于空隙V的确切配置在特定波长经受等离子体激元谐振。在可替换方式（未示出）中，第三子层250实际上为非传导材料（比如聚合或者弹性材料），在该非传导材料内设置传导纳米粒子。如上所述，这一纳米粒子等离子体激元结构以与纳米空隙结构相似的方式操作、但是可以视为纳米空隙结构的‘相反’结构。在与用于图4a-4f的纳米空隙结构示例相同的制作过程中，可以通过向第二子层上设置弹性材料（等）的第三子层并且遍布布置传导纳米粒子（但是不会蚀刻掉这些纳米粒子）来产生纳米粒子备选结构。
图4f示出制作的最后步骤，其中在第二层220的上面提供石墨烯第一层210和输出接触260（而在它们之间提供电介质间隔层[未示出]以提供电隔离而仍然允许第一层210与第二层220之间的电交互）。这允许经由电输出接触260输出生成的信号发送和接收电磁信号发送。在已经提供第一层210的情况下，图6可以概括该方法，该图示出提供包括石墨烯的第一层的步骤401和包括邻近第一层210定位第二层220（被配置用于如以上描述的那样经受等离子体激元谐振）的步骤402。
此外，也可以根据纳米空隙结构的几何形状和材料确定与第二层220的纳米空隙结构的等离子体激元谐振关联的最大电场的位置。这因此是用于由第一层210检测电磁信号发送的特定谱特性的另一选项。
在这一示例中，应当注意第二层220可以视为各向异性，因为它是二维的。也将理解如果球体（因此所得纳米空隙）排序理想，则在球体堆积（hcp）中有六重对称性，并且这将意味着第二层的谱响应可以依赖于入射光的特定偏振。因此，第一层的石墨烯对接收的电磁信号发送的特定曝光特性的检测变灵敏可以包括对在这样的境况中对偏振的特定谱特性变灵敏。其它变化也将被本领域技术人员理解并且在本公开内容的范围内。
有可以使用图4a-4f的方法来形成的具体配置，该具体配置使用被六角密积成一阶近似的球体/空隙。例如根据论文‘Faraday Discussions’，2004，125，117：
1）球体直径：700nm；
中心-中心间距：～700nm；
层厚度：573nm（这给出约535nm的吸收峰）；
层材料：金
2）球体直径：700nm；
中心-中心间距：～700nm；
层厚度：245nm（这给出约520nm的吸收峰）；
层材料：铂。
将理解可以根据物理配置、空隙/粒子分布、材料选择、几何形状、厚度等使得第二层120/220的等离子体激元谐振所提供的吸收谱很简单或者很复杂或者在二者之间。有可能提供比单峰谱明显更复杂/丰富的复杂吸收谱，并且这些可以在各种不同应用中可用来根据第二层120/220的等离子体激元谐振的特定峰值使单个装置对多个峰值波长变灵敏。
现在参照图5描述如图4a-f中所示制作的装置200的操作方法。
步骤501：由（包括第一层210和第二层220的）装置接收电磁信号发送。通常光的大于97%将初始地经过第一层210的石墨烯透射，并且因而在第一层210下面的第二层220因此将接收这一电磁信号发送的一定比例。
步骤502：使第二层220响应于这一接收的电磁信号发送而经受等离子体激元谐振。如上所述，确切等离子体激元谐振依赖于第二层220（具体为第二层220的纳米空隙/纳米粒子）的配置。将理解至少在功能上，如果第二层120/220仅包括第三子层150/250，则装置100仍将发挥作用并且相应地使第一层110/120变灵敏。这样，未包括第一或者第二子层130/230、140/240的实施例（未示出）在本公开内容的范围内。
步骤503：第二层220经受的等离子体激元谐振直接影响第一层210的操作并且使第一层210（基于该等离子体激元谐振行为）对特定谱特性的检测变灵敏。这可以涉及到根据等离子体激元层的特定吸收谱使对特定波长的检测变灵敏或者使检测变灵敏以便以宽带方式吸收更多的光。这根据的是第二层220所经历的特定等离子体激元谐振。
步骤504：第一层210基于接收的信号发送和第二层220所经历的等离子体激元谐振提供输出。
在以上装置、制作方法和操作方法中，配置第二层120/220使得装置仅对一个特定波长变灵敏（具体因为纳米粒子/纳米空隙的特定性质/分布）。如已经提到的那样，有可能的是单个层120/220可以被配置用于具有多个不同峰值波长以由此（根据第二层120/220的吸收谱）同时对若干波长变灵敏。
本领域技术人员适当理解放置球体以按照上述方法提供纳米空隙结构的方法。相似地，本领域技术人员将理解将如何有可能经由其它方法提供这样的特定纳米粒子结构以提供具有特定定义的谐振参数的等离子体激元结构。例如光刻技术是公知的并且可以用来限定具有特定几何布置的等离子体激元结构的阵列。相似地，可以使用自组装的结构，这提供一种生产这样的等离子体激元结构的更廉价方式。此外，可以使用排序良好的金属纳米粒子阵列。
现在将描述另一示例，在该示例中，装置200具有不同灵敏化区域以允许使第一层的不同邻近区域对不同波长变灵敏。现在将参照图7a和7b描述这一第二实施例。
在此又一实施例中，装置300与图3a中的装置100相同，除了（第二层320的）第三子层350具有多个不同灵敏化区域a1-d7之外，这些灵敏化区域借助在该区域中的纳米空隙布置而互不相同。图7a中的虚线表示这些特定区域a1-a7。这些灵敏化区域的一般概况是这些灵敏化区域可以类似于单独的子区域，每个子区域具有它们自己的特定等离子体激元谐振，它们将响应于电子激发而经受该等离子体激元谐振，由此使第一层310的对应邻近区域变灵敏。‘灵敏化区域’所意味的本质将在这一实施例的进一步讨论中变得清楚。
如上所述，可以通过在制造期间在沉积第三子层150之前在第二子层140上布置聚苯乙烯球体的阵列来执行在第三子层150内制作纳米空隙，然后可以去除球体以提供在整个第三制成150内提供纳米空隙。
相同制作过程可以在这一实施例中用来提供可以类似于‘像素’的多个不同灵敏化区域。在这一示例中，将划分第二层340以便定义单独的区域（在这一示例中为了易于说明而表示为a1-d7）的阵列。这是在制作过程期间实现的，在该制作过程内以球体在每个区域内的布局和配置将互不相同这样的方式来布置球体。
可替换地，球体的布局和配置可以在其它实施例中跨所有像素而是均匀的。可以定义不同的像素接触区域（未示出），从而可以在制作期间（例如经由第二子层340）单独地电寻址（address）每个像素，从而可以为不同区域/像素使用和构建不同类型的金属和/或第三子层350的厚度可以对于不同的区域/像素而不同。
此外，布局和配置可以在其它实施例中例如通过将不同金属类型或者层厚度用于第二层320而跨所有像素均匀。也可以定义不同像素接触区域（未示出），从而可以单独地电寻址每个像素，从而每个像素/区域可以在接收和检测到电磁信号（例如经由第二子层340）发送期间提供它自己的相应输出信号发送。
例如区域a1可以具有直径为300nm并且仅一层深的球体的密积（例如六角密积）矩阵，而区域a2可以具有完全相同的布置、但是具有直径为350nm的球体。另外，b1可以具有与a1相同直径的球体，但是不同的密积布置（例如立方密积-CCP），并且b2可以是在a2中的球体布置的CCP版本，以此类推。这意味着在不同地配置每个区域时，每个区域将经受不同的特定等离子体激元谐振（例如区域a1将在λa1经受等离子体激元谐振，并且区域a2将在不同波长λa2经受等离子体激元谐振）。可以使用相似或者不同的球体直径、布置和间距来提供或者限定不同区域。这些造成不同的谐振参数并且影响第二层的每单位体积的纳米空隙的总分布和密度。此外，如用来制作第二层320及其子层的材料的传导率的性质可以影响第二层320的谐振。相似地，可以提供不同纳米粒子区域（例如将不同分布的纳米粒子的子区域接合在一起）以定义灵敏化区域阵列。
按照关于装置100描述的操作原理，这意味着将根据第二层320的对应的相应邻近区域的特定等离子体激元谐振来使第一层310的每个对应的相应邻近区域变灵敏。这意味着单个层（第一层310）可以通过单个等离子体激元结构（第二层320）来配置以具有对多个不同波长的增强的灵敏度（如图7b中所示）。单独的灵敏化区域所限定的每个‘单元’或者‘像素’可以具有它们自己的电输出接触（未示出）以允许向设备（比如计算机或者处理器）直接向前发送它们的信号发送以用于进一步的分析和处理，或者甚至仅显示输出信号发送。控制设备也可以单独地寻址这些单元/像素（见以下描述的图8）。
例如可以以两端子配置（与第一层310的石墨烯直接电接触的两个端子接触）或者以三端子配置（这一配置具有与第一层310的石墨烯电隔离的附加‘栅极’电极）操作石墨烯光检测器。三端子配置可以提供更多自由以优化装置300的光检测响应/特定谱响应。
在另一变化中，第一层310包括跨第一层310的石墨烯均匀并且被电介质间隔物（未示出）分离的门电极（未示出）。源极和漏极电极（其余的两个端子接触——未示出）可以例如由交指型（IDT）电极阵列提供。
各种选项有可能让第二层320的接触几何形状为每个像素提供单独的输出路径、例如：
1）每个像素可以在上面具有IDT电极阵列而第二子层340如果与第一层310的石墨烯隔离则为栅极电极。
2）可以用双端子方式连接每个像素而IDT电极在第一层310的石墨烯上面或者单个电极在第一层310的石墨烯上面，并且将提供第二接触作为第二层320的部分。根据配置，可能在制作期间需要小心以保证两个接触未相互短路。
在一个或者多个实施例中，每个像素可以视为与相邻像素隔离的石墨烯‘薄片（flake）’。例如可以在所有像素之上沉积单个连续石墨烯层，然后可以使用附加的石墨烯蚀刻步骤（例如使用图案化的氧等离子体蚀刻）。这可以帮助减少或者消除像素之间的串扰。
以上原理由此允许使用与图4a-4f中所示制作过程相同的制作过程来制作如下装置（例如装置300），该装置具有对多种不同波长的增强的灵敏度。
在这一示例中，纳米空隙的不同分布用来实现不同的灵敏化区域，但是等效纳米粒子布置也可以用来实现相似结果。例如可以形成具有不同纳米粒子分布的多个单独的（separate）纳米粒子结构、然后接合在一起以限定灵敏化区域的阵列。在另一变化中，可以经由微接触印刷提供密积的纳米粒子单层。
图8图示如何可以在电子设备600中实施以上描述的各种实施例。图8示意性图示包括按照以上描述的实施例中的任何实施例的装置100/200/300的设备600（比如便携式移动电话）。
设备600可以是电子设备（包括平板个人计算机）、便携式电子设备、便携式通信设备或者前述设备中的任何设备的模块。可以提供装置100/200/300作为用于这样的设备600的模块或者甚至作为设备600的处理器或者这样的设备600的模块的处理器。设备600也包括由数据总线680相互连接的处理器685和存储介质690。
装置100/200/300首先电连接到输入/输出接口670，该输入/输出接口接收装置100/200/300生成的输出并且经由数据总线680向设备600的其余部分向前发送这一输出。接口670经由数据总线680连接到向用户提供来自装置100/200/300的信息的显示器675（触敏显示器或者另外的显示器）。显示器675可以是设备600的部分或者可以是单独的。
设备600也包括处理器685，该处理器被配置用于通过向其它设备部件提供信号发送和从它们接收信号发送以管理它们的操作来总体控制装置100/200/300以及设备600的其余部分。
存储介质690被配置用于存储计算机代码，该计算机代码被配置用于执行、控制或者实现装置100/200/300的制作和/或操作。存储介质690也可以被配置用于存储用于其它设备部件的设置。处理器685可以访问存储介质690以取回部件设置以便管理其它设备部件的操作。存储介质690可以是暂时性存储介质、比如易失性随机存取存储器。在另一方面，存储介质690可以是永久性存储介质、比如硬盘驱动器、闪速存储器或者非易失性随机存取存储器。
图9示意性图示根据本发明的实施例的提供程序的计算机/处理器可读介质700。在这一示例中，计算机/处理器可读介质是盘、比如数字万用盘（DVD）或者紧致盘（CD）。在其它实施例中，计算机可读介质可以是已经用执行发明功能这样的方式编程的任何介质。例如计算机可读介质700可以包括计算机程序，该计算机程序在处理器上执行时从装置100/200/300接收输出信号发送并且在显示器675上呈现输出信号发送作为图形代表的输出。
这里描述的一个或者多个方面/实施例涉及便携式电子设备、比如手持便携式电子设备（这些设备可以手持使用、可以在使用中放置于座中等）、比如个人数字助理（PDA）、移动无线电电话、平板计算机等。
这样的便携式电子设备也可以提供一个或者多个功能、比如：音频/文本/视频通信功能（例如远程通信、视频通信和/或文本传输（短消息服务（SMS）/多媒体消息服务（MMS）/电邮）功能）、交互/非交互查看功能（例如web浏览、导航、TV/节目查看功能）、音乐录制/播放功能（例如MP3或者其它格式和/或（FM/AM）无线电广播录制/播放）、下载/发送数据功能、图像捕获功能（例如使用（例如内置）数字相机）和游戏功能。
本领域技术人员将理解任何提到的装置/设备和/或特定的装置/设备的其它特征可以由装置提供，该装置被布置成使得它们变成被配置用于仅在启用、例如接通等时执行希望的功能。在这样的情况下，它们可以在非启用（例如关断）状态中未必让适当软件加载到活跃存储器中并且仅在启用（例如接通）状态中加载适当软件。装置可以包括硬件电路装置和/或固件。装置可以包括向存储器上加载的软件。可以在相同存储器/处理器/功能单元上和/或在一个或者多个存储器/处理器/功能单元上记录这样的软件/计算机程序。
在一些实施例中，可以用适当软件对特定提到的装置/设备预编程以执行希望的操作，并且其中用户可以例如下载“秘钥”以解锁/启用适当软件及其关联功能来启用软件用于使用。与这样的实施例关联的优点可以包括减少对在设备需要进一步功能时下载数据的要求，并且这可以在如下示例中有用，在这些示例中感知设备具有充分容量来存储用于可以未由用户启用的功能的预编程软件。
将理解任何提到的装置/电路装置/单元/处理器除了提到的功能之外还可以具有其它功能并且这些功能可以由相同装置/电路装置/单元/处理器执行。一个或者多个公开的方面可以包括关联计算机程序和在适当载体（例如存储器、信号）上记录（可以是源/转移编码的）的计算机程序的电子分发。
将理解这里描述的任何“计算机”可以包括可以位于或者可以不位于相同电路板或者电路板的相同区域/位置或者甚至相同设备上的一个或者多个单独处理器/处理单元的汇集。在一些实施例中，任何提到的处理器中的一个或者多个处理器可以分布于多个设备。相同或者不同处理器/处理单元可以执行这里描述的一个或者多个功能。
将理解术语“信号发送”可以是指作为系列发送和/或接收的信号而发送的一个或者多个信号。系列信号可以包括用于组成所述信号发送的一个、两个、三个、四个或者甚至更多单独信号分量或者不同信号。可以同时和/或依次发送/接收这些单独信号中的一些或者所有单独信号和/或发送/接收它们使得它们在时间上相互重叠。
参照任何提到的计算机和/或处理器和存储器（例如包括ROM、CD-ROM等）的任何讨论，这些可以包括计算机处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和/或已经用实现发明功能这样的方式编程的其它硬件部件。
申请人据此单独公开这里描述的每个单独特征和两个或者更多这样的特征的组合使得无论这样的特征或者特征组合是否解决这里公开的任何问题、按照本领域技术人员的公知常识能够基于作为整体的本说明书实现这样的特征或者组合并且未限制权利要求的范围。申请人指明公开的方面/实施例由任何这样的单独特征或者特征组合构成。鉴于前文描述，本领域技术人员将清楚可以在公开内容的范围内进行各种修改。
尽管已经示出和描述并且指出本发明的如应用于其优选实施例的基本新颖特征，但是将理解本领域技术人员可以进行描述的设备和方法在形式和细节上的各种省略和替换以及改变而未脱离本发明的精神实质。例如清楚地旨在于以基本上相同方式执行基本上相同功能以实现相同结构的这些单元和/或方法步骤的所有组合在本发明的范围内。另外应当认识，结合本发明的任何公开的形式或者实施例示出和/或描述的结构和/或单元和/或方法步骤可以作为一般设计选择事项而并入于任何其它的公开或者描述或者暗示的形式或者实施例中。另外，在权利要求中，装置加上功能条款旨在于覆盖如这里描述为执行记载的功能的结构并且不仅覆盖结构等效物而且覆盖等效结构。因此，虽然钉子和螺丝可能在紧固木质部分的环境中不是结构等效物，因为钉子运用圆柱形表面以将木质部分固着在一起，而螺丝运用螺旋形表面，但是钉子和螺丝可以是等效结构。

Claims (13)

1.一种用于检测电磁信号发送的装置，包括：
用于检测电磁信号发送的第一层，其中所述第一层包括石墨烯；以及
第二层，邻近所述第一层定位，并且被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，以由此使所述第一层的所述石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，所述接收的电磁信号发送的所述特定谱特性对应于所述第二层的特定等离子体激元谐振，
其中所述第二层包括两个或更多个子层，所述两个或更多个子层中的至少一个为传导材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述特定谱特性包括以下各项中的一项或者多项：
所述接收的电磁信号发送的特定波长、所述接收的电磁信号发送的一个或者多个峰值波长、所述接收的电磁信号发送的一个或者多个峰值频率、所述接收的电磁信号发送的一个或者多个空波长、所述接收的电磁信号发送的一个或者多个空频率以及所述接收的电磁信号发送的偏振。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二层包括灵敏化区域阵列，所述灵敏化区域具有相应特定特性等离子体激元谐振参数，以由此使所述第一层的对应的相应邻近区域对特定相应波长的检测变灵敏。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二层被配置用于经受等离子体激元谐振以使所述第一层的所述石墨烯变灵敏，以便对应地改变所述第一层的所述石墨烯的一个或者多个光吸收特性。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一层的所述石墨烯的所述光吸收特性包括以下各项中的一项或者多项：
波长选择性或者频率选择性以及吸收比。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二层包括以下各项中的一项或者多项：
纳米空隙结构以及纳米粒子结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二层被配置用于根据所述纳米空隙结构或者所述纳米粒子结构的一个或者多个谐振参数来经受等离子体激元谐振。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述谐振参数包括以下各项中的一项或者多项：
粒子直径、空隙直径、粒子间距、空隙间距、每单位体积的空隙密度、每单位体积的粒子密度、粒子分布、空隙分布、所述纳米空隙结构的厚度、所述纳米粒子结构的厚度以及在一种或者多种等离子体激元结构中使用的材料的性质。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一层相对于电磁信号发送的源被布置于所述第二层的上面或者下面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述第二层的所述子层包括：
包括电介质衬底的第一子层；
定位于所述第一子层上的第二子层，其中所述第二子层的传导材料包括金属和铟锡氧化物中的一个或多个；以及
包括等离子体激元结构的等离子体激元活跃的第三子层，其中所述第三子层的传导材料包括金属并且具有间隔开的多个纳米级空隙以在所述第三子层中形成纳米级微泡，所述第三子层定位于所述第二子层上，其中在所述第二层内的所述第一子层、所述第二子层和所述第三子层的布置由此被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，以由此使所述第一层的所述石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，所述接收的电磁信号发送的所述特定谱特性对应于所述第二层的特定等离子体激元谐振。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是以下各项中的一项或者多项：
电子设备、便携式电子设备、电子设备的模块、便携式电子设备的模块、电子设备的护套、便携式电子设备的护套、电子设备的模块的护套以及便携式电子设备的模块的护套。
12.一种用于检测电磁信号发送的装置，包括：
用于基于与邻近所述第一层定位的第二层的特定等离子体激元谐振对应的接收的电磁信号发送、使用包括石墨烯的第一层来检测具有特定谱特性的电磁信号发送的存在的装置，所述第二层被配置用于响应于接收到所述电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，其中所述第二层包括两个或更多个子层，所述两个或更多个子层中的至少一个为传导材料。
13.一种用于检测电磁信号发送的方法，包括：
提供用于检测电磁信号发送的第一层，所述第一层包括石墨烯；以及
邻近所述第一层定位第二层，所述第二层被配置用于响应于接收到电磁信号发送而经受等离子体激元谐振，以由此使所述第一层的所述石墨烯对接收的电磁信号发送的特定谱特性的检测变灵敏，所述接收的电磁信号发送的所述特定谱特性对应于所述第二层的特定等离子体激元谐振
其中所述第二层包括两个或更多个子层，所述两个或更多个子层中的至少一个为传导材料。
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