CN111442849A - 一种微型近红外探测器的制作方法及微型近红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于红外探测器的技术领域，具体涉及一种微型近红外探测器的制作方法，包括：准备以薄膜体声波压电谐振器为基础的传感器；通过滴加或主动捕获的方式，在所述传感器的表面均匀形成金纳米棒的近红外吸收层。本发明通过在传感器表面修饰金纳米棒，利用表面等离子共振效应，有助于提升传感器的光热效应，实现对近红外波段的探测。此外，本发明还公开了一种微型近红外探测器。
Description
技术领域
本发明属于红外探测器的技术领域，具体涉及一种微型近红外探测器的制作方法及微型近红外探测器。
背景技术
红外检测技术通常分为两类：基于光子的红外传感器和基于光热的红外传感器。基于光子的检测器的原理是通过光电导体传感器的表面吸收光子，改变内部电子的能量分布并产生电信号。光电导检测器和光电压检测器是两个常见的基于光子的检测器。这类红外探测器具有很高的信噪比和非常短的响应时间，但是它们都需要庞大的冷却系统作为保证，这使得整个系统十分昂贵且不方便广泛应用。基于光热的红外传感器的原理则是传感器吸收红外辐射的能量，从而引起检测器温度的变化以产生响应。他们不需要冷却设备，因此体积小，功耗低，适用范围广。典型的基于光热的探测器包括辐射热电偶，热电阻探测器和红外谐振器探测器。辐射热电偶和热电阻探测器的灵敏度并不够高，而红外谐振器探测器利用谐振器的光热效应探测红外热辐射，其灵敏度较低且几乎没有对于不同波长光的选择性。
人们开始尝试使用特殊材料或结构修饰光热探测器的表面，利用这些材料或结构来增强光的吸收并转化为热的效应。例如采用聚多巴胺旋涂在传感器表面，能有效增强原传感器对于红外的灵敏度，但对于红外光没有选择性。又如采用超表面来修饰传感器的感应区域，这种方法能有效增强传感器对于红外光的选择性，但其制造步骤复杂且成本高昂，很难大范围得到应用。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种微型近红外探测器的制作方法，通过在传感器表面修饰金纳米棒，利用表面等离子共振效应，有助于提升传感器的光热效应，实现对近红外波段的探测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微型近红外探测器的制作方法，包括：
准备以薄膜体声波压电谐振器为基础的传感器；
通过滴加或主动捕获的方式，在所述传感器的表面均匀形成金纳米棒的近红外吸收层。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，所述滴加的方式，包括：
将金纳米棒溶液滴加到所述谐振器上表面；
通过控制溶液蒸发环境的温度和湿度，来控制溶液的蒸发速度，使得所述金纳米棒在所述谐振器表面均匀自组装。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，所述主动捕获的方式，包括：
将所述金纳米棒滴加到所述传感器表面的微小腔体中；
将所述谐振器与预设信号源相连接，通过所述谐振器表面的震动，从溶液中捕获所述金纳米棒到所述传感器表面。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，所述传感器与所述金纳米棒的长径比相对应。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，所述传感器采用矩阵式排列。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，将氮化铝生长在固体装配型谐振器顶电极表面。
作为本发明所述的一种微型近红外探测器的制作方法的一种改进，所述谐振器设置有氮化铝压电层和布拉格反射层。
本发明的目的之二在于提供一种微型近红外探测器，其特征在于：包括传感器及设置于所述传感器的波模型声波谐振器，所述谐振器顶电极表面形成有氮化铝，所述传感器的表面均匀修饰有金纳米棒。
本发明的有益效果在于，本发明包括：准备以薄膜体声波压电谐振器为基础的传感器；通过滴加或主动捕获的方式，在所述传感器的表面均匀形成金纳米棒的近红外吸收层。其中，金纳米棒是一种特殊的纳米材料，其表面等离子共振效应使其可以再特定波长的光照射时，产生很强的热效应，不同长径比的金纳米棒所对应的表面等离子共振的光的波长是不同的，薄膜体声波谐振器在光照时，其表面温度会因为光热效应而上升，谐振器的谐振频率也会因此而变化，通过设备检测出谐振器谐振频率的大小就可以计算出光的强度，薄膜体声波谐振器自身有着对于红外光灵敏的特性，薄膜体声波谐振器采用半导体微纳加工工艺，通过对实验原理预先计算出的各层薄膜的厚度参数，测量出传感器对特定波段近红外的灵敏度。使用的薄膜体声波谐振器作为传感器主体，通过在其表面修饰金纳米棒，利用金纳米棒特有的表面等离子共振效应，使得传感器在近红外的光热效应得到提升，解决了非制冷近红外传感器的灵敏度较低的问题。本发明通过在传感器表面修饰金纳米棒，利用表面等离子共振效应，有助于提升传感器的光热效应，实现对近红外波段的探测。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1中滴加金纳米棒修饰示意图。
图3为本发明实施例2中谐振器在溶液中主动捕获金纳米棒来完成修饰的示意图。
图4为修饰前后的传感器谐振频率的移动示意图。
图5为不同长径比的金纳米棒和其对应的吸收光谱图。
其中：1-近红外吸收层；2-氮化铝薄膜；3-谐振器顶电极；4-氮化铝压电层；5-谐振器底电极；6-布拉格反射层。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～2所示，一种微型近红外探测器的制作方法，包括：
准备以薄膜体声波压电谐振器为基础的传感器；
通过滴加或主动捕获的方式，在传感器的表面均匀形成金纳米棒的近红外吸收层1。
需要说明的是，本发明的制作方法中，金纳米棒是一种特殊的纳米材料，其表面等离子共振效应使其可以再特定波长的光照射时，产生很强的热效应，不同长径比的金纳米棒所对应的表面等离子共振的光的波长是不同的，薄膜体声波谐振器在光照时，其表面温度会因为光热效应而上升，谐振器的谐振频率也会因此而变化，通过设备检测出谐振器谐振频率的大小就可以计算出光的强度，薄膜体声波谐振器自身有着对于红外光灵敏的特性，薄膜体声波谐振器采用半导体微纳加工工艺，通过对实验原理预先计算出的各层薄膜的厚度参数，测量出传感器对特定波段近红外的灵敏度。使用的薄膜体声波谐振器作为传感器主体，通过在其表面修饰金纳米棒，利用金纳米棒特有的表面等离子共振效应，使得传感器在近红外的光热效应得到提升，解决了非制冷近红外传感器的灵敏度较低的问题。
优选的，滴加的方式形成金纳米棒，包括：
将金纳米棒溶液滴加到谐振器上表面；
通过控制溶液蒸发环境的温度和湿度，来控制溶液的蒸发速度，使得金纳米棒在谐振器表面均匀自组装。
需要说明的是：金纳米棒溶液滴加在传感器的表面，然后调节环境的温度，并通过滴加饱和盐溶液，在培养皿中来控制蒸发湿度，最终完成金纳米棒的自组装，使得光照在金纳米棒的近红外吸收层1时产生表面等离子共振效应，光热现象增强，从而实现对近红外探测灵敏度增强。
优选的，传感器与金纳米棒的长径比相对应。由于不同长径比的金纳米棒所对应的表面等离子共振的光的波长是不同的，红外检测特异性可以根据使用不同长径比的金纳米棒修饰来改变，可以实现对不同波段近红外的高灵敏度探测。
优选的，传感器采用矩阵式排列。传感器尺寸微小，可以实现阵列化探测。
优选的，将氮化铝生长在固体装配型谐振器顶电极3表面。
优选的，谐振器设置有氮化铝压电层4和布拉格反射层6。
本发明的工作原理是：
金纳米棒是一种特殊的纳米材料，其表面等离子共振效应使其可以再特定波长的光照射时，产生很强的热效应，不同长径比的金纳米棒所对应的表面等离子共振的光的波长是不同的，薄膜体声波谐振器在光照时，其表面温度会因为光热效应而上升，谐振器的谐振频率也会因此而变化，通过设备检测出谐振器谐振频率的大小就可以计算出光的强度，薄膜体声波谐振器自身有着对于红外光灵敏的特性，薄膜体声波谐振器采用半导体微纳加工工艺，通过对实验原理预先计算出的各层薄膜的厚度参数，测量出传感器对特定波段近红外的灵敏度。使用的薄膜体声波谐振器作为传感器主体，通过在其表面修饰金纳米棒，利用金纳米棒特有的表面等离子共振效应，使得传感器在近红外的光热效应得到提升，解决了非制冷近红外传感器的灵敏度较低的问题。
金纳米棒溶液滴加在传感器的表面，然后调节环境的温度，并通过滴加饱和盐溶液，在培养皿中来控制蒸发湿度，最终完成金纳米棒的自组装，使得光照在金纳米棒的近红外吸收层1时产生表面等离子共振效应，光热现象增强，从而实现对近红外探测灵敏度增强。
实施例2
如图3所示，与实施例1不同的是：本实施例采用主动捕获的方式形成金纳米棒，包括：
将金纳米棒滴加到传感器表面的微小腔体中；
将谐振器与预设信号源相连接，通过谐振器表面的震动，从溶液中捕获金纳米棒到传感器表面。
需要说明的是：谐振器主动捕获的方式使得光照在纳米棒的近红外吸收层1时产生表面等离子共振效应，光热现象增强，从而实现对近红外探测灵敏度增强，同时，可以快速将金纳米棒从溶液中修饰到传感器的预设区域。
其他方法与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
一种微型近红外探测器，包括传感器及设置于传感器的波模型声波谐振器，谐振器顶电极3表面形成有氮化铝，传感器的表面通过实施例1的方法均匀修饰有金纳米棒。谐振器顶电极3表面形成有氮化铝，增强了基于压电谐振器的非制冷传感器对于近红外的灵敏度，并通过将高纯度的金纳米棒均匀修饰在传感器的表面，利用金纳米棒对于近红外光很强的吸收光热特性，极大提高传感器对于近红外光的电学响应和选择性。
实施例4
一种微型近红外探测器，包括传感器及设置于传感器的波模型声波谐振器，谐振器顶电极3表面形成有氮化铝，传感器的表面通过实施例2的方法均匀修饰有金纳米棒。谐振器顶电极3表面形成有氮化铝，增强了基于压电谐振器的非制冷传感器对于近红外的灵敏度，并通过将高纯度的金纳米棒均匀修饰在传感器的表面，利用金纳米棒对于近红外光很强的吸收光热特性，极大提高传感器对于近红外光的电学响应和选择性。
如图4所示，当相同强度与相同波长的近光照射到修饰前后的传感器表面时，修饰后的传感器显示出更强的谐振频率的移动，其中，①为修饰前传感器频移，②为修饰后传感器频移，可得出修饰后的传感器表现出了更高的灵敏度。
图5为不同长径比的金纳米棒和其对应的吸收光谱图。不同长径比的金纳米棒的吸收光谱图对应的吸收峰也不同。例如，使用相同强度的波长为785nm的光分别照射由吸收峰分别为785nm和984nm的金纳米棒修饰的两个传感器，由于吸收峰为785nm的金纳米棒会产生表面等离子共振的效应，其谐振频的变化会远大于后者。这就是修饰不同长径比的金纳米棒传感器特异性的原因。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于，包括：
准备以薄膜体声波压电谐振器为基础的传感器；
通过滴加或主动捕获的方式，在所述传感器的表面均匀形成金纳米棒的近红外吸收层。
2.如权利要求1所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于，所述滴加的方式，包括：
将金纳米棒溶液滴加到所述谐振器上表面；
通过控制溶液蒸发环境的温度和湿度，来控制溶液的蒸发速度，使得所述金纳米棒在所述谐振器表面均匀自组装。
3.如权利要求1所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于，所述主动捕获的方式，包括：
将所述金纳米棒滴加到所述传感器表面的微小腔体中；
将所述谐振器与预设信号源相连接，通过所述谐振器表面的震动，从溶液中捕获所述金纳米棒到所述传感器表面。
4.如权利要求2或3所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于：所述传感器与所述金纳米棒的长径比相对应。
5.如权利要求1～3任一项所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于：所述传感器采用矩阵式排列。
6.如权利要求1～3任一项所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于：将氮化铝生长在固体装配型谐振器顶电极表面。
7.如权利要求1～3任一项所述的一种微型近红外探测器的制作方法，其特征在于：所述谐振器设置有氮化铝压电层和布拉格反射层。
8.一种微型近红外探测器，其特征在于：包括传感器及设置于所述传感器的波模型声波谐振器，所述谐振器顶电极表面形成有氮化铝，所述传感器的表面均匀修饰有金纳米棒。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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