高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法。該傳感器包括襯底和蓋層，襯底和蓋層上分別設(shè)有金屬平面反射鏡和金屬微結(jié)構(gòu)層，金屬平面反射鏡與金屬微結(jié)構(gòu)層之間形成有微流通道，且當(dāng)微流通道內(nèi)存有被測(cè)液體時(shí)，金屬微結(jié)構(gòu)層、被測(cè)液體和金屬平面反射鏡形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在太赫茲波段內(nèi)具有共振引起的強(qiáng)吸收特性；該方法包括：分別在襯底和蓋層上加工形成金屬平面反射鏡和金屬微結(jié)構(gòu)層，其后將襯底與蓋層固定連接，并使襯底與蓋層之間形成封閉微流通道，而后在襯底和/或蓋層上設(shè)置與微流通道連通的通孔，形成用以向傳感器內(nèi)輸入輸出被測(cè)液體的液流通道。本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和使用，且探測(cè)靈敏度較之現(xiàn)有傳感器有大幅提升。
【專利說明】高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器及其制備方法，尤其涉及一種結(jié)合微流技術(shù)并利用微結(jié)構(gòu)對(duì)太赫茲波的共振吸收特性提高液體傳感靈敏度的傳感器及其制備方法，屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全甚至國防等領(lǐng)域都對(duì)高靈敏傳感器提出了迫切的需求?；诠鈱W(xué)方法的傳感器具有靈敏度高、適應(yīng)范圍廣、易于操作、功能豐富等特點(diǎn)，因而得到大力發(fā)展。其中非標(biāo)記的(label-free)的光學(xué)探測(cè)技術(shù)通過感知被測(cè)樣品折射率的變化來進(jìn)行傳感，無需對(duì)樣品進(jìn)行任何處理，因此可以在低成本下對(duì)自然狀態(tài)下的樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)定量檢測(cè)，是一種應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。通常這種光學(xué)非標(biāo)記傳感器都工作在可見光與近紅外波段。近年來，太赫茲波段傳感器引起了人們關(guān)注。太赫茲頻率范圍(0.1?IOTHz)處于紅外與微波之間，許多生物大分子的振動(dòng)頻率都處于太赫茲波段，具有特征吸收峰，因此太赫茲波傳感具有更好的識(shí)別能力和更高的靈敏度。此外，特別是對(duì)液體樣品的光學(xué)傳感，為了用更少量的樣品實(shí)現(xiàn)傳感檢測(cè)，并且更有效的控制微量樣品間的反應(yīng)和分離等功能，一種微流通道技術(shù)得到快速發(fā)展。當(dāng)前，將微流通道與太赫茲技術(shù)結(jié)合起來成為了光學(xué)非標(biāo)記傳感技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。
[0003]2008年Applied Physics Letters雜志第93卷182904頁報(bào)道了一種基于微帶傳輸線的太赫茲微流生物傳感器，通過探測(cè)微帶線表面消逝波與微流通道中液體樣品的耦合引起的光傳輸性質(zhì)的變化，實(shí)現(xiàn)傳感功能；2009年Applied Physics Letters雜志第95卷171113頁報(bào)道了一種基于平板波導(dǎo)諧振腔的太赫茲微流傳感器，利用諧振腔效應(yīng)來提高探測(cè)靈敏度；2010年Nano Letters雜志第10卷2342頁報(bào)道了利用超材料(metamaterial)完美吸收器(perfect absorber)進(jìn)行生物傳感；2012年Optics Express雜質(zhì)第20卷5052頁報(bào)道了一種利用金屬微納天線結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)局域特性增強(qiáng)太赫茲探測(cè)器的靈敏度；2012年Applied Physics Letters雜志第100卷221101頁的文章中提出了基于超材料的傳感器。上述這些技術(shù)都是基于被測(cè)樣品與諧振結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)消逝波疊加，通過測(cè)量消逝波隨被測(cè)樣品折射率變化產(chǎn)生的變化來實(shí)現(xiàn)傳感，因此受限于消逝波與被測(cè)液體的重疊程度，其靈敏度的提升非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法，其通過構(gòu)建金屬平面反射鏡、微流通道和金屬微結(jié)構(gòu)組成的共振吸收器，實(shí)現(xiàn)共振頻率處電磁場(chǎng)局域與微流通道中被測(cè)液體在空間上的疊加，從而提高傳感器探測(cè)靈敏度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器，包括襯底和至少一蓋層，所述襯底上設(shè)有金屬平面反射鏡，所述蓋層上設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與金屬微結(jié)構(gòu)層之間形成至少一用于被測(cè)液體流通的微流通道，并且，當(dāng)所述微流通道內(nèi)存有被測(cè)液體時(shí)，主要由所述金屬微結(jié)構(gòu)層、被測(cè)液體和金屬平面反射鏡組合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在太赫茲波段內(nèi)具有共振引起的強(qiáng)吸收特性。
[0007]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述傳感器包括沿垂直于微流通道平面方向依次分布的兩個(gè)以上蓋層，其中任一蓋層朝向平面反射鏡的面上均設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與相鄰金屬微結(jié)構(gòu)層之間以及相鄰蓋層之間均形成有微流通道，并且這些微流通道相互連通。
[0008]進(jìn)一步的，這些微流通道沿垂直于微流通道平面方向依次連通。
[0009]所述金屬微結(jié)構(gòu)層包括附著在蓋層上的一種以上周期性結(jié)構(gòu)單元，所述周期性結(jié)構(gòu)單元的周期為10?500微米，厚度為0.01?0.5微米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻中的一種或兩種以上的組合。
[0010]所述金屬平面反射鏡厚度大于50納米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻之中的一種或兩種以上的組合。
[0011]所述微流通道高度為1-10微米，寬度為100-5000微米，且所述微流通道的兩端分別與所述傳感器的液體輸入、輸出口連通。
[0012]所述襯底材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。
[0013]所述蓋層材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。
[0014]所述襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間經(jīng)過鍵合方法連接，從而在襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間分別形成封閉微流通道。
[0015]進(jìn)一步的，所述傳感器還包括形成在所述金屬平面反射鏡和/或金屬微結(jié)構(gòu)層上的介質(zhì)保護(hù)層，所述介質(zhì)保護(hù)層的厚度為0-100納米，且其材料至少包括二氧化硅、氮化硅、三氧化二鋁和SU-8光刻膠中的任意一種。
[0016]前述高靈敏太赫茲微流通道傳感器的制備方法包括:
[0017]分別在襯底和至少一蓋層上加工形成金屬平面反射鏡和金屬微結(jié)構(gòu)層，
[0018]其后，將所述襯底與該至少一蓋層固定連接，并使所述襯底與該至少一蓋層之間形成至少一封閉微流通道，
[0019]而后，在襯底和/或蓋層上設(shè)置與所述微流通道連通的通孔，形成用以向所述傳感器內(nèi)輸入、輸出被測(cè)液體的液流通道。
[0020]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，該制備方法可包括:
[0021](I)在襯底上通過金屬薄膜沉積方法形成金屬平面反射鏡；
[0022](2)在該至少一蓋層上通過微納加工方法形成金屬微結(jié)構(gòu)層或金屬微結(jié)構(gòu)層與微流通道側(cè)壁；
[0023](3)通過鍵合方法將所述襯底與該至少一蓋層連接，并在襯底與該至少一蓋層之間形成至少一封閉微流通道；
[0024](4)而后，通過物理或化學(xué)方法在襯底和/或蓋層上設(shè)置與所述微流通道連通的通孔。[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于:通過將微流通道集成到金屬平面反射鏡與金屬微結(jié)構(gòu)層之間，并且一起形成具有共振吸收特性的復(fù)合結(jié)構(gòu)(在共振頻率處的吸收可以超過95%，接近100% )，由于共振效應(yīng)使得電磁場(chǎng)在空間上局域在微流通道中，與被測(cè)液體完全重疊，對(duì)微流通道內(nèi)被測(cè)液體的折射率非常敏感，對(duì)被測(cè)液體折射率的檢測(cè)限達(dá)0.0014RIU (按太赫茲光譜儀的光譜分辨率為5GHz計(jì)算)。因此通過檢測(cè)共振吸收頻率的移動(dòng)與共振吸收率的變化，就可以實(shí)現(xiàn)高靈敏的檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了更好的說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例做簡(jiǎn)單的說明。附圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，為了清楚表示，放大了層和區(qū)域的厚度，但作為示意圖不應(yīng)該被認(rèn)為嚴(yán)格反映了幾何尺寸的比例關(guān)系。本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示的區(qū)域的特定形狀。圖中的表示是示意性的，不應(yīng)該被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。其中:
[0027]圖1為本發(fā)明一可選實(shí)施方案中一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明一可選實(shí)施方案中金屬微結(jié)構(gòu)層的一維周期結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明一可選實(shí)施方案中金屬微結(jié)構(gòu)層的二維周期結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明另一可選實(shí)施方案中金屬微結(jié)構(gòu)層的二維周期結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0031]圖5本發(fā)明一可選實(shí)施方案中一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的工藝流程圖；
[0032]圖6為本發(fā)明另一可選實(shí)施方案中一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖；
[0033]圖7為本發(fā)明又一可選實(shí)施方案中一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖；
[0034]圖8為本發(fā)明再一可選實(shí)施方案中一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖；
[0035]圖9為一種用于與本發(fā)明實(shí)施例相對(duì)比的傳感器(微流通道集成在金屬微結(jié)構(gòu)層表面)的縱向剖面示意圖；
[0036]圖10為一可選實(shí)施方案中太赫茲傳感器的共振吸收峰頻率與液體折射率的關(guān)系圖；
[0037]圖11為一可選實(shí)施方案中太赫茲傳感器的吸收率與液體折射率的關(guān)系圖；
[0038]圖12為一可選實(shí)施方案中太赫茲傳感器的共振吸收峰對(duì)應(yīng)的Hy場(chǎng)分布；
[0039]圖13為又一可選實(shí)施方案中太赫茲傳感器的共振吸收峰頻率與液體折射率的關(guān)系圖；
[0040]圖14為又一可選實(shí)施方案中太赫茲傳感器的吸收率與液體折射率的關(guān)系圖；
[0041]圖15為一可選實(shí)施方案中金屬微結(jié)構(gòu)層為單個(gè)單兀及其組合單兀時(shí)對(duì)應(yīng)的太赫茲傳感器的吸收譜；
[0042]圖16為又一可選實(shí)施方案中不同液體折射率對(duì)應(yīng)的太赫茲傳感器的吸收譜；
[0043]圖17為再一可選實(shí)施方案中不同液體折射率對(duì)應(yīng)的太赫茲傳感器的吸收譜；
【具體實(shí)施方式】[0044]本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其結(jié)構(gòu)至少包括襯底、金屬平面反射鏡、微流通道、金屬微結(jié)構(gòu)層和蓋層。
[0045]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，該傳感器還可以包括在垂直于微流通道平面方向級(jí)聯(lián)多個(gè)不同的金屬微結(jié)構(gòu)層和微流通道。
[0046]前述金屬微結(jié)構(gòu)層是周期性結(jié)構(gòu)，厚度優(yōu)選為0.01?0.5微米，周期優(yōu)選為10?500微米，可以為一維或者二維平面周期結(jié)構(gòu)(參閱圖2-圖3所示)，包括一種以上周期單元，所述周期單元為一種簡(jiǎn)單單元或在不同頻率范圍內(nèi)具有光共振吸收效應(yīng)的兩種以上簡(jiǎn)單單元的組合。金屬材料可以為金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻等金屬的一種或幾種組合。
[0047]前述微流通道高度優(yōu)選為1-10微米，寬度優(yōu)選為100-5000微米，由含有金屬微結(jié)構(gòu)層的蓋層和含有金屬平面反射鏡的襯底通過鍵合工藝形成，微流通道的兩端通過穿過蓋層或襯底的小孔分別與整個(gè)傳感器的輸入輸出口連接。
[0048]前述金屬平面反射鏡厚度大于50納米，金屬材料可以為金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻等金屬的一種或幾種組合。
[0049]前述襯底材料可以為硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺等。
[0050]前述蓋層材料可以為硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺等。
[0051]前述的金屬微結(jié)構(gòu)層、微流通道內(nèi)被測(cè)液體和金屬平面反射鏡形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，在太赫茲波段的窄帶內(nèi)具有共振引起的強(qiáng)吸收特性。
[0052]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種制備前述高靈敏太赫茲微流通道傳感器的方法，其可以包括如下步驟:
[0053](I)在襯底上通過金屬薄膜沉積的方法制備金屬平面反射鏡；
[0054](2)在蓋層上通過微納加工方法制備金屬微結(jié)構(gòu)層；
[0055](3)通過鍵合方法將⑴和⑵中的襯底與蓋層連接起來，并在中間形成封閉的微流通道；
[0056](4)通過化學(xué)刻蝕或者機(jī)械打孔等方式在襯底和/或蓋層上鉆孔，并與微流通道連通。
[0057]進(jìn)一步的，前述步驟(I)中的金屬薄膜沉積方法為熱蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā)等物理沉積方法。
[0058]進(jìn)一步的，前述步驟⑵中的微納加工方法，包括光刻/剝離、光刻/刻蝕或納米壓印等方法。
[0059]進(jìn)一步的，在前述步驟(2)中，對(duì)于厚度較厚的蓋層，還可在蓋層上加工形成微流通道側(cè)壁。
[0060]進(jìn)一步的，前述步驟⑶中的鍵合方法為中間層鍵合(intermediate layerbonding)、晶片直接鍵合(direct bonding)等技術(shù)(1998 年P(guān)roceedings of The IEEE,第86 卷 1575 頁)。
[0061]下面結(jié)合若干較佳實(shí)施例及相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0062]實(shí)施例一:
[0063]在此實(shí)施例中，以圖1、圖3所示的結(jié)構(gòu)圖和圖5所示的工藝流程圖為例進(jìn)行說明。該高靈敏太赫茲微流通道傳感器的制備工藝包括:首先在襯底I上通過金屬薄膜沉積的方法制備金屬平面反射鏡2(圖5(a));其次，在蓋層5上通過光刻、薄膜沉積和剝離技術(shù)等微納加工方法制備金屬微結(jié)構(gòu)層4 (圖5 (b))，然后，在襯底I和蓋層5上再通過微納加工方法制備鍵合材料層3 (圖5(c));通過中間層鍵合方法將襯底I與蓋層5連接起來，并在中間形成封閉的微流通道6(圖5(d));最后，通過刻蝕或者打孔在襯底I或蓋層5上形成輸入輸出口 7、8、9和10，使之與微流通道連通(圖5 (e))。
[0064]優(yōu)選的，此實(shí)施例中金屬平面反射鏡2和金屬微結(jié)構(gòu)層4的材料均可采用Au，折射率由Drude模型推算而得，兩者厚度均為0.2微米。金屬微結(jié)構(gòu)層4為十字交叉結(jié)構(gòu)，周期為22微米，臂長(zhǎng)15微米，臂寬6微米。流體通道6的高度為I微米。蓋層5的材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS，折射率n = 1.45)。
[0065]在此實(shí)施例中，金屬平面反射鏡2、微流通道6中的被測(cè)液體和金屬微結(jié)構(gòu)層4 一起構(gòu)成具有共振吸收特性的復(fù)合結(jié)構(gòu)，并可形成完美吸收器90。
[0066]再請(qǐng)參閱圖10和圖11所示，其系太赫茲微流通道傳感器的共振吸收峰頻率與吸收率隨流體通道6內(nèi)液體折射率變化的關(guān)系圖，可以看出共振頻率處的吸收可以超過95%，接近100%。由圖12磁場(chǎng)Hy分布知磁場(chǎng)在空間上局域在微流通道中，對(duì)微流通道內(nèi)被測(cè)液體的折射率非常敏感。同時(shí)，選取了圖9所示一種微流通道集成在金屬微結(jié)構(gòu)層表面的傳感器加以參考對(duì)比，該結(jié)構(gòu)的傳感器的靈敏度為0.65THz/RIU，而本發(fā)明所設(shè)計(jì)的太赫茲微流傳感器的靈敏度為3.44THz/RIU，其檢測(cè)靈敏性是參考結(jié)構(gòu)的5.3倍，對(duì)被測(cè)液體折射率的檢測(cè)限達(dá)0.0014RIU(按太赫茲光譜儀的光譜分辨率為5GHz計(jì)算)；共振峰處的吸收率隨折射率變化了 24%，是參考結(jié)構(gòu)(吸收率變化了 4% )的6倍。
[0067]實(shí)施例二:
[0068]此實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)和工藝同實(shí)施例一，作為又一優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，金屬微結(jié)構(gòu)層4為十字交叉結(jié)構(gòu)，周期為56微米，臂長(zhǎng)40微米，臂寬4微米。流體通道6的高度4微米。由圖13和圖14中共振吸收峰頻率與吸收率隨流體通道6內(nèi)液體折射率變化的關(guān)系，可以看到共振引起了很強(qiáng)的吸收，且當(dāng)流體通道6內(nèi)液體折射率變化時(shí)導(dǎo)致了共振吸收峰頻率與吸收率的變化。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的太赫茲微流通道傳感器的靈敏度為0.98THz/RIU,是微流通道集成在金屬微結(jié)構(gòu)層表面的傳感器(靈敏性0.38THz/RIU)的2.5倍；同時(shí)，在共振峰處的吸收率隨折射率的變化相對(duì)提高了 15倍。
[0069]實(shí)施例三:
[0070]參閱圖6所示系本實(shí)施例一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖，與實(shí)施例一不同的是金屬平面反射鏡2和金屬微結(jié)構(gòu)層4表面含有一層介質(zhì)保護(hù)層12，如二氧化硅、氮化硅、三氧化二鋁和SU-8光刻膠等，其厚度為10-100納米。該結(jié)構(gòu)中引入的介質(zhì)保護(hù)層12能夠更好的提高該太赫茲微流通道傳感器的穩(wěn)定性。
[0071]實(shí)施例四:
[0072]在此實(shí)施例中，以圖7所示的一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器的縱向剖面示意圖為例進(jìn)行說明。與前面所述實(shí)施例不同的是在襯底I和/或蓋層5上采用微納加工方法制備微流通道6，其高度為1-10微米，寬度為100-5000微米；然后再采用微納加工方法在襯底I上制備金屬反射鏡2、在蓋層5上制備金屬微結(jié)構(gòu)層4,使金屬反射鏡2和/或金屬微結(jié)構(gòu)層4位于微流通道6中。該結(jié)構(gòu)中通過直接鍵合技術(shù)(不采用鍵和材料層3)將襯底I和蓋層5合在一起，并在中間形成四周封閉的中空通道，最后在襯底I或蓋層5上鉆孔并與通道連通，形成輸入輸出的液體通道。
[0073]實(shí)施例五:
[0074]此實(shí)施例類似實(shí)施例一，不同在于金屬層微結(jié)構(gòu)4類似圖4采用了兩個(gè)簡(jiǎn)單單元的組合，它們對(duì)應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)吸收峰。作為又一優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，金屬微結(jié)構(gòu)層4為十字交叉結(jié)構(gòu)，單元一的臂長(zhǎng)為15微米，單元二的臂長(zhǎng)為20微米，臂寬均為4微米。X方向周期為44微米，Y方向周期為22微米，流體通道6的高度為2微米。計(jì)算結(jié)果顯示在圖15中，可以看出組合單元結(jié)構(gòu)的兩個(gè)共振吸收頻率與單個(gè)單元的相對(duì)應(yīng)。圖16顯示了該組合結(jié)構(gòu)的太赫茲傳感器的吸收譜隨折射率的變化，可以看到流體通道6內(nèi)液體折射率變化時(shí)兩個(gè)共振吸收峰的頻率與吸收率均發(fā)生變化，可以更進(jìn)一步的提高傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確性。
[0075]實(shí)施例六:
[0076]如圖8所示，本發(fā)明所述的太赫茲微流通道傳感器可以在垂直于微流通道平面方向級(jí)聯(lián)多個(gè)不同的金屬微結(jié)構(gòu)層4和微流通道6。在此實(shí)施例中，類似圖8采用了兩個(gè)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的太赫茲微流通道傳感器，作為一優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，金屬微結(jié)構(gòu)層4-1、4-2為十字交叉結(jié)構(gòu)，臂長(zhǎng)分別為20微米、14微米，臂寬均為6微米，周期為30微米。微流通道6-1、6-2的高度均為I微米。圖17是該級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的太赫茲傳感器的吸收譜隨折射率的變化；可以看出共振引起的兩個(gè)較強(qiáng)吸收峰頻率隨流體通道6內(nèi)液體折射率改變而移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)聞靈敏的檢測(cè)。
[0077]本發(fā)明所揭示的乃較佳實(shí)施例的一種或多種，凡是局部的變更或修飾而源于本發(fā)明的技術(shù)思想而為熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)的人所易于推知的，俱不脫離本發(fā)明的專利權(quán)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，包括襯底和至少一蓋層，所述襯底上設(shè)有金屬平面反射鏡，所述蓋層上設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與金屬微結(jié)構(gòu)層之間形成有至少一用于被測(cè)液體流通的微流通道，并且，當(dāng)所述微流通道內(nèi)存有被測(cè)液體時(shí)，主要由所述金屬微結(jié)構(gòu)層、被測(cè)液體和金屬平面反射鏡組合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在太赫茲波段內(nèi)具有共振引起的強(qiáng)吸收特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，它包括沿垂直于微流通道平面方向依次分布的兩個(gè)以上蓋層，其中任一蓋層朝向平面反射鏡的面上均設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與相鄰金屬微結(jié)構(gòu)層之間以及相鄰蓋層之間均形成有微流通道，并且這些微流通道相互連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，這些微流通道沿垂直于微流通道平面的方向依次連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)層包括附著在蓋層上的一種以上周期性結(jié)構(gòu)單元，所述周期性結(jié)構(gòu)單元的周期為10~500微米，厚度為0.01~0.5微米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻之中的任意一種或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述金屬平面反射鏡厚度大于50納米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻中的一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述微流通道高度為1-10微米，寬度為100-5000微米，且所述微流通道的兩端分別與所述傳感器的液體輸入、輸出口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中 任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述襯底材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述蓋層材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，所述襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間經(jīng)過鍵合方法連接，從而在襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間分別形成封閉微流通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的高靈敏太赫茲微流通道傳感器，其特征在于，它還包括形成在所述金屬平面反射鏡和/或金屬微結(jié)構(gòu)層上的介質(zhì)保護(hù)層，所述介質(zhì)保護(hù)層的厚度為0-100納米，且其材料至少包括二氧化硅、氮化硅、三氧化二鋁和SU-8光刻膠中的任意一種。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述高靈敏太赫茲微流通道傳感器的制備方法，其特征在于，包括: 分別在襯底和至少一蓋層上加工形成金屬平面反射鏡和金屬微結(jié)構(gòu)層， 其后，將所述襯底與該至少一蓋層固定連接，并使所述襯底與該至少一蓋層之間形成至少一封閉微流通道，而后，在襯底和/或蓋層上設(shè)置與所述微流通道連通的通孔，形成用以向所述傳感器內(nèi)輸入、輸出被測(cè)液體的液流通道。
12.權(quán)利要求11所述高靈敏太赫茲微流通道傳感器的制備方法，其特征在于，包括: (1)在襯底上通過金屬薄膜沉積方法形成金屬平面反射鏡； (2)在該至少一蓋層上通過微納加工方法形成金屬微結(jié)構(gòu)層或金屬微結(jié)構(gòu)層與微流通道側(cè)壁； (3)通過鍵合方法將所述襯底與該至少一蓋層連接，并在襯底與該至少一蓋層之間形成至少一封閉微流通道； (4)而后，通過物理或化 學(xué)方法在襯底和/或蓋層上設(shè)置與所述微流通道連通的通孔。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103499534SQ201310316628
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】陳沁 , 孫福河 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所