基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的基體，在所述基體上的單晶硅層中間刻蝕出狹縫槽，并由所述狹縫槽和其兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)構(gòu)成狹縫光波導(dǎo)，在所述狹縫光波導(dǎo)的光信號(hào)傳播路徑上刻蝕第一和第二光子晶體鏡面，所述光子晶體鏡面刻蝕于狹縫光波導(dǎo)兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)上，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面相隔一定距離，并在狹縫光波導(dǎo)上形成光子晶體諧振腔。本實(shí)用新型探測(cè)芯片利用光子晶體本身的色散補(bǔ)償效應(yīng)，在大規(guī)模遠(yuǎn)程分布式探測(cè)中實(shí)現(xiàn)高性能檢測(cè)，從而避免了色散等因素對(duì)檢測(cè)性能的干擾。
【專利說明】基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)探測(cè)技術(shù)，特別是涉及一種基于絕緣襯底上的硅的光子晶體諧振腔高性能光學(xué)探測(cè)芯片。

【背景技術(shù)】
[0002]生化探測(cè)器常用于測(cè)定特定的化學(xué)或生物物質(zhì)。由于測(cè)定這些化學(xué)或生物物質(zhì)在食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、疾病監(jiān)控以及藥物研發(fā)中具有重要意義，所以對(duì)生化探測(cè)器的研究已經(jīng)顯得非常重要。目前典型的光學(xué)生化探測(cè)器主要可分為熒光標(biāo)記型光學(xué)生化探測(cè)器和無標(biāo)記型光學(xué)生化探測(cè)器兩大類，由相關(guān)文獻(xiàn)可知，熒光標(biāo)記型光學(xué)生化探測(cè)器雖然已被用于探測(cè)和辨別特定的生物化學(xué)分子，但卻有設(shè)備龐大、操作復(fù)雜及花費(fèi)時(shí)間長等缺點(diǎn)，且通常需要具有一定專業(yè)技術(shù)的專人操作，普及成本較高；同時(shí)，用于標(biāo)記的熒光分子還有可能影響樣本的探測(cè)。相比而言，無標(biāo)記型光學(xué)生化探測(cè)器的尺寸更小，成本更低，應(yīng)用方法也更為便捷，而且在測(cè)量過程中不會(huì)再引入新的干擾，結(jié)果也更加可靠。
[0003]基于絕緣襯底上的硅的光學(xué)生化探測(cè)器是一種無標(biāo)記型光學(xué)生化探測(cè)器，同時(shí)也正是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從現(xiàn)有的基于絕緣襯底上的硅的光學(xué)生化探測(cè)器來看，大多采用了倏逝波(消逝波)探測(cè)原理，倏逝波是指由于全反射而在兩種不同介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生的一種電磁波，又叫消逝波，其幅值隨與分界面相垂直的深度的增大而呈指數(shù)形式衰減，通過檢測(cè)所述的光學(xué)生化探測(cè)器的光波導(dǎo)的倏逝波以探測(cè)樣本生物化學(xué)分子。其原理在于待測(cè)樣本中生物化學(xué)分子會(huì)引起光學(xué)生化探測(cè)器中光波傳輸性質(zhì)的改變(表現(xiàn)為光學(xué)生化探測(cè)器的倏逝場發(fā)生變化)，也即將樣本中的生物化學(xué)分子濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)變化。目前光學(xué)生化探測(cè)器的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有馬赫澤德干涉計(jì)、光柵、以及法布里-伯羅腔、環(huán)形腔、表面等離子體共振等結(jié)構(gòu)。對(duì)基于光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)(如法布里-伯羅腔，環(huán)形腔等)的光學(xué)生化探測(cè)器而言，諧振效應(yīng)的引入可使光信號(hào)在光學(xué)諧振腔內(nèi)不斷諧振和放大，因此等效于光學(xué)生化探測(cè)器探測(cè)長度的增加，更能引起相位(或強(qiáng)度)等光信號(hào)變化到可探測(cè)的量值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在小尺寸光學(xué)生化探測(cè)器上達(dá)到較好的探測(cè)性能，另外小尺寸的光學(xué)生化探測(cè)器也便于光學(xué)生化探測(cè)器系統(tǒng)的小型化與微型化，將有效地降低系統(tǒng)成本。
[0004]當(dāng)前，基于諧振效應(yīng)的光學(xué)生化探測(cè)器可以做得非常微小，并且表現(xiàn)出很好的探測(cè)性能，但是分布于光學(xué)生化探測(cè)器光波導(dǎo)周圍的倏逝波的能量密度較低，故仍存在靈敏度較低的缺陷。如何在現(xiàn)有技術(shù)中主流的基于光學(xué)探測(cè)的生化探測(cè)器的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步解決其利用倏逝波探測(cè)原理所存在的由于其被探測(cè)的倏逝波分布于器件光波導(dǎo)周圍并存在能量密度低導(dǎo)致探測(cè)難度大的缺陷，仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光子晶體諧振腔的高性能光學(xué)探測(cè)芯片。利用光子晶體的禁帶特性及形成的FP腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的探測(cè)，另外利用光子晶體本身的色散補(bǔ)償效應(yīng)，在大規(guī)模遠(yuǎn)程分布式探測(cè)中實(shí)現(xiàn)高性能檢測(cè)，避免色散等因素對(duì)檢測(cè)性能的干擾。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案:
[0007]—種基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的基體，在所述基體上的單晶硅層中間刻蝕出狹縫槽，并由所述狹縫槽和其兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)構(gòu)成狹縫光波導(dǎo)，在所述狹縫光波導(dǎo)的光信號(hào)傳播路徑上刻蝕第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面均刻蝕于狹縫光波導(dǎo)兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)上，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面相隔一定的距離，并在狹縫光波導(dǎo)上形成光子晶體諧振腔。
[0008]所述的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，第一光子晶體鏡面或/和第二光子晶體鏡面均包括不少于12個(gè)不多于16個(gè)光子晶體周期單元，所述光子晶體周期單元為刻蝕在單晶硅層的圓孔。
[0009]所述光子晶體周期單元的直徑為50nm?80nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間縱向方向的最小間距為30nm?50nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間水平方向的最小間距為 10nm ?150nm。
[0010]所述狹縫光波導(dǎo)的狹縫槽為直狹縫槽；所述狹縫槽為垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下刻蝕形成的狹縫；狹縫深度為單晶硅層厚度。
[0011]所述基體俯視方向?yàn)殚L方形，所述狹縫光波導(dǎo)以基體的長度方向的中心線為軸對(duì)稱分布，并保持方向與基體長度方向一致，其中狹縫兩側(cè)娃波導(dǎo)的寬度均為330?350nm ；狹縫槽寬度為100?120nm。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]1、本實(shí)用新型基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，通過引入了狹縫波導(dǎo)增強(qiáng)分布于器件光波導(dǎo)周圍的倏逝波能量密度來提高器件的靈敏度等性能，還通過利用光子晶體的禁帶特性形成光子晶體鏡面，并通過兩個(gè)光子晶體鏡面構(gòu)成一個(gè)微型諧振腔，這種新型的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到光子探測(cè)領(lǐng)域，在保證器件高探測(cè)性能的基礎(chǔ)上，有利于實(shí)現(xiàn)微納光子器件的集成化，最終實(shí)現(xiàn)片上探測(cè)，因此這種基于光子晶體諧振腔的光學(xué)探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)高靈敏度、大探測(cè)范圍、高消光比、微型化、集成化的光子探測(cè)。
[0014]2、本實(shí)用新型基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，將光子晶體結(jié)構(gòu)引用到探測(cè)芯片中，利用光子晶體高的色散系數(shù)，可以有效的補(bǔ)償光信號(hào)在傳輸線路中產(chǎn)生的色散，從而不僅提高了探測(cè)芯片對(duì)待測(cè)物質(zhì)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度，同時(shí)也可以增加分布式傳感的有效距離，同時(shí)利用光子晶體高的非線性系數(shù)也可以進(jìn)一步提高這種基于絕緣襯底上的硅的狹縫光波導(dǎo)光子晶體諧振腔光學(xué)生化探測(cè)芯片在分布式探測(cè)中對(duì)物質(zhì)檢測(cè)的準(zhǔn)確度。光子晶體本身具有如下特點(diǎn):可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸，高的非線性系數(shù)，高的色散系數(shù)，用于系統(tǒng)的色散補(bǔ)償?shù)取Ｍㄟ^將光子晶體應(yīng)用到光子探測(cè)器中將使得探測(cè)芯片及相關(guān)系統(tǒng)的性能獲得如下提升:在分布式大規(guī)模探測(cè)系統(tǒng)中，光子傳感芯片作為探測(cè)的終端被安置于各個(gè)地點(diǎn)，通過收發(fā)光纖分別于光源和光電探測(cè)器相連，由于傳輸?shù)木€路比較遠(yuǎn)，且傳輸介質(zhì)存在色散，光信號(hào)在線路中傳輸將因?yàn)樯?dǎo)致脈沖展開等，進(jìn)而影響到探測(cè)系統(tǒng)的傳感質(zhì)量。
[0015]3、本實(shí)用新型基于絕緣襯底上的硅的狹縫光波導(dǎo)光子晶體諧振腔光學(xué)生化探測(cè)芯片，與其他生化探測(cè)芯片相比，具有制作工藝標(biāo)準(zhǔn)化、價(jià)格低、體積小、便于集成化、探測(cè)性能優(yōu)良及適用范圍廣和便于實(shí)現(xiàn)高性能分布式探測(cè)等一系列特點(diǎn)。通過在頂部的單晶硅層形成光子晶體諧振腔檢測(cè)外界物質(zhì)對(duì)光信號(hào)的影響，同時(shí)引入狹縫光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由于狹縫波導(dǎo)能夠?qū)⒐鈽O大的限制在狹縫區(qū)域，從而有效增強(qiáng)了光和物質(zhì)之間的相互作用，使光信號(hào)的檢測(cè)從傳統(tǒng)的倏逝場轉(zhuǎn)向狹縫空間，其優(yōu)勢(shì)在于狹縫空間中的光能量密度遠(yuǎn)大于倏逝場中光能量的密度，光與物質(zhì)相互作用更強(qiáng)，使檢測(cè)靈敏度更高，檢測(cè)難度進(jìn)一步降低。另外，這種光學(xué)生化探測(cè)芯片采用光子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)，利用光子晶體形成的腔面反射鏡特性和光學(xué)諧振腔的諧振效應(yīng)，使得可以在達(dá)到相同探測(cè)性能的條件下，大大減小光學(xué)生化探測(cè)芯片的體積，有利于實(shí)現(xiàn)生化探測(cè)器的微型化與片上探測(cè)系統(tǒng)。以絕緣襯底上的硅材料為基體，可以利用成熟的微電子加工工藝，使得這種光學(xué)生化探測(cè)芯片易于大規(guī)模批量生產(chǎn)，有利于降低光學(xué)生化探測(cè)芯片的成本。本光學(xué)生化探測(cè)芯片既可以用于生物大分子(蛋白質(zhì)或者DNA)液體樣本探測(cè)，也可以用于氣體分子的檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型生化探測(cè)芯片單晶硅層的水平截面示意圖；
[0017]圖2為圖1虛線處整個(gè)生化探測(cè)芯片的豎直截面示意圖；
[0018]圖3為不同NaCl溶液折射率下對(duì)應(yīng)的生化探測(cè)芯片諧振波長的線性擬合；
[0019]圖4為本實(shí)用新型的生化探測(cè)芯片構(gòu)成的生化探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021]實(shí)施例1
[0022]參見圖1、圖2，本實(shí)施例的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層1、二氧化硅層2和單晶硅層3構(gòu)成的基體，在所述基體上的單晶硅層3中間刻蝕出狹縫槽32，并由所述狹縫槽32和其左、右兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)31、33構(gòu)成狹縫光波導(dǎo)，在所述狹縫光波導(dǎo)的光信號(hào)傳播路徑上刻蝕第一光子晶體鏡面341和第二光子晶體鏡面342 (兩側(cè)虛線框內(nèi)的波導(dǎo)部分)，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面均刻蝕于狹縫光波導(dǎo)兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)上，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面相隔一定距離，并在狹縫光波導(dǎo)上形成光子晶體FP諧振腔35 (中間虛線框內(nèi)的狹縫波導(dǎo)部分)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]參見圖1、圖2，本實(shí)施例的基于絕緣襯底上的硅的狹縫光波導(dǎo)光子晶體諧振腔光學(xué)生化探測(cè)芯片，與實(shí)施例1不同的是，進(jìn)一步的，第一光子晶體鏡面或/和第二光子晶體鏡面均包括不少于12個(gè)不多于16個(gè)光子晶體周期單元34，光子晶體周期單元為刻蝕在單晶娃層的圓孔。
[0025]狹縫光波導(dǎo)的光傳播路徑上包含光子晶體FP諧振腔35，用于使沿狹縫光波導(dǎo)傳播的光產(chǎn)生諧振。為了便于工藝制作及保證狹縫光波導(dǎo)的光學(xué)傳輸性能，上述狹縫光波導(dǎo)的狹縫為直狹縫槽；該狹縫光波導(dǎo)垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下刻蝕形成。其刻蝕方法可以使用電子束曝光并通過RIE (反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕工藝在絕緣襯底上的硅的單晶硅材料上刻蝕得到，所述的狹縫光波導(dǎo)的狹縫槽深度為單晶硅層厚度。
[0026]狹縫槽在這里的目的是使信號(hào)光集中在狹縫中傳播，使光信號(hào)的能量密度更大，便于分析檢測(cè)，同時(shí)另一個(gè)目的是通過增大被測(cè)物質(zhì)與光學(xué)生化探測(cè)器的接觸面積來提高探測(cè)芯片的靈敏度等性能。
[0027]本實(shí)用新型基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，光子晶體周期單元的直徑為50nm?80nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間縱向方向的最小間距為30nm?50nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間水平方向的最小間距(指相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元的中心間距)為10nm?150nm。
[0028]實(shí)施例3
[0029]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，基體俯視方向?yàn)殚L方形，狹縫光波導(dǎo)以基體的長度方向的中心線為軸對(duì)稱分布，并保持方向與基體長度方向一致，其中狹縫兩側(cè)硅波導(dǎo)的寬度均為330?350nm ;狹縫槽寬度為100?120nmo
[0030]實(shí)施例4
[0031]參見圖1-圖4，本實(shí)施例的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，硅基層I的厚度為8 μ m，二氧化硅層2的厚度為2 μ m，單晶硅層厚度為220nm，所述狹縫槽位于探測(cè)芯片長度方向的中心軸線上，其中狹縫槽寬度為lOOnm，狹縫槽兩側(cè)的硅波導(dǎo)寬度為340nm。
[0032]狹縫光波導(dǎo)中的狹縫槽即為光信號(hào)的傳播路徑，在該路徑上包括光子晶體諧振腔。第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面結(jié)構(gòu)相同并相隔一定的距離，且在狹縫光波導(dǎo)上形成光子晶體諧振腔，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面之間的距離和光子晶體周期單元的參數(shù)由光子晶體的禁帶特性以及光子晶體諧振腔的諧振條件共同決定。
[0033]光子晶體鏡面諧振腔在本實(shí)用新型方案中用于波長的選擇，利用光子晶體諧振腔的諧振效應(yīng)，能夠讓滿足諧振條件的光在諧振腔中來回震蕩，確保在器件微小尺寸條件下實(shí)現(xiàn)讓光與物質(zhì)的充分接觸，提高探測(cè)性能。
[0034]由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)使用的光源頻段及目標(biāo)參數(shù)能夠較容易地確定距離d和光子晶體周期單元參數(shù)，故在此不作詳細(xì)描述。在本實(shí)施例中，光子晶體周期單元的直徑取為60nm，兩個(gè)光子晶體周期單元之間豎直方向的最小間距為30nm，豎直方向光子晶體周期單元個(gè)數(shù)為3個(gè)，兩個(gè)光子晶體周期單元之間水平方向的最小間距為80nm，水平方向光子晶體周期單元個(gè)數(shù)為16個(gè)。光子晶體周期單元中被刻蝕圓孔的深度為220nm,等于單晶娃層厚度。
[0035]本實(shí)施例中由于狹縫光波導(dǎo)能夠?qū)⒅C振腔中的光極大的限制在狹縫區(qū)域，同時(shí)FP諧振腔能夠使光在諧振腔中來回震蕩，增加光與物質(zhì)相互作用的強(qiáng)度和有效長度，從而提高光和狹縫區(qū)域中的流體物質(zhì)之間的相互作用，使得器件的靈敏度提高。
[0036]生化探測(cè)器主要用于生物大分子如DNA或者蛋白質(zhì)檢測(cè)等以及軍事上有毒氣體或者病毒的檢測(cè)。應(yīng)用于檢測(cè)出未知樣本中是否含有某種我們希望檢測(cè)到的物質(zhì)或者檢測(cè)未知樣本中含有哪些物質(zhì)，這要求探測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)具有的選擇性不同，表現(xiàn)為探測(cè)器的特異性探測(cè)，通常做法是在探測(cè)器的外表面涂敷一層生物敏感材料，當(dāng)某種具有特異性的生物大分子隨流體樣本進(jìn)入到探測(cè)器流體通道中并流過探測(cè)芯片時(shí)，該生物大分子就會(huì)與探測(cè)芯片表面的敏感材料發(fā)生親和反應(yīng)，使探測(cè)芯片的表面特性發(fā)生變化，導(dǎo)致探測(cè)器的有效折射率變化，進(jìn)而使得探測(cè)器的諧振波長也發(fā)生漂移，通過數(shù)據(jù)處理顯示出這一變化，可以推斷出待測(cè)樣本中是否含有某種想要探測(cè)的待測(cè)物質(zhì)或者是樣本中含有哪些物質(zhì)；這種器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA、蛋白質(zhì)等大分子的探測(cè)，也可以用于血糖濃度、NaCl溶液濃度的檢測(cè)。
[0037]如圖3所示是不同NaCl溶液折射率下對(duì)應(yīng)實(shí)施例探測(cè)器諧振波長的線性擬合。從圖中關(guān)系不難看出，本實(shí)施例的探測(cè)芯片能夠?qū)aCl溶液的濃度大小通過輸出光信號(hào)的波長位置及強(qiáng)度對(duì)應(yīng)并通過檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)而表現(xiàn)出來。圖4所示為基于本實(shí)用新型的生化探測(cè)芯片的生化探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括探測(cè)器芯片、光電探測(cè)器、激光器、溫度控制器及計(jì)算機(jī)控制部分，同時(shí)還包括控制被測(cè)液體輸入的微泵和注入閥門，待分析物通過注入閥門進(jìn)入探測(cè)芯片，流經(jīng)探測(cè)芯片后作為廢液被收集起來。
[0038]以下將通過對(duì)本探測(cè)系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行詳述，以便本實(shí)用新型的生化探測(cè)芯片的原理及作用能被更好的理解:該探測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，首先信號(hào)光從激光器中發(fā)射出來，通過光耦合器進(jìn)入到探測(cè)芯片中，為了避免溫度對(duì)探測(cè)器性能的影響，在探測(cè)器的狹縫光波導(dǎo)中安裝了溫度控制器，用來對(duì)探測(cè)器加熱或者是制冷(溫度監(jiān)控)。當(dāng)信號(hào)光在探測(cè)器中傳輸時(shí)，滿足光子晶體禁帶特性條件的光幾乎都被反射回去，但我們這里設(shè)計(jì)的光子晶體鏡面是弱反射光子晶體鏡面，即滿足光子晶體禁帶條件的光只有部分被反射回去，另外一部分仍然可以透射過去并進(jìn)入到諧振腔中，進(jìn)入到諧振腔中的那部分滿足光子晶體禁帶特性的光將會(huì)被第二個(gè)光子晶體鏡面繼續(xù)反射回去，被第二個(gè)光子晶體鏡面反射的光將會(huì)與重新透過被第一個(gè)光子晶體鏡面進(jìn)入到諧振腔中的那部分滿足相位相干條件的光發(fā)生干涉，由于兩個(gè)光子晶體鏡面形成了諧振腔，所以入射光與反射光會(huì)在光子晶體腔中發(fā)生加強(qiáng)干涉，來回震蕩，從而在輸出端透射窗口形成一系列的諧振峰。當(dāng)待分析物樣品通過微泵注入到微流體通道，并達(dá)到探測(cè)器芯片的上包層時(shí)，樣品會(huì)使得探測(cè)器周圍環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致探測(cè)器的有效折射率變化，進(jìn)而使得探測(cè)器輸出端口的諧振峰會(huì)發(fā)生漂移，我們通過在探測(cè)器輸出端口的光電探測(cè)器來測(cè)量這一變化，并將光場強(qiáng)度的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，將計(jì)算的結(jié)果與計(jì)算機(jī)中各物質(zhì)組成的數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對(duì)，可以得出被測(cè)量物的相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)功能。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的基體，其特征是:在所述基體上的單晶硅層中間刻蝕出狹縫槽，并由所述狹縫槽和其兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)構(gòu)成狹縫光波導(dǎo)，在所述狹縫光波導(dǎo)的光信號(hào)傳播路徑上刻蝕第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面均刻蝕于狹縫光波導(dǎo)兩側(cè)的條形硅波導(dǎo)上，第一光子晶體鏡面和第二光子晶體鏡面相隔一定距離，并在狹縫光波導(dǎo)上形成光子晶體諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，其特征是:第一光子晶體鏡面或/和第二光子晶體鏡面均包括不少于12個(gè)不多于16個(gè)光子晶體周期單元，所述光子晶體周期單元為刻蝕在單晶硅層的圓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，其特征是:所述光子晶體周期單元的直徑為50nm?80nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間縱向方向的最小間距為30nm?50nm ;相鄰兩個(gè)光子晶體周期單元之間水平方向的最小間距為10nm?.150nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，其特征是:所述狹縫光波導(dǎo)的狹縫槽為直狹縫槽；所述狹縫槽為垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下刻蝕形成的狹縫；狹縫深度為單晶硅層厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光子晶體諧振腔的光學(xué)生化探測(cè)芯片，其特征是:所述基體俯視方向?yàn)殚L方形，所述狹縫光波導(dǎo)以基體的長度方向的中心線為軸對(duì)稱分布，并保持方向與基體長度方向一致，其中狹縫兩側(cè)硅波導(dǎo)的寬度均為330?350nm ;狹縫槽寬度為.100 ?120nmo
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK203929634SQ201420298850
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張淋江, 周紅雷, 崔先雨, 劉志龍, 張慶莉, 劉亞威 申請(qǐng)人:河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院