可見光折射率傳感器及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光傳感器，尤其是涉及一種可見光折射率傳感器及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，尺寸小、周期性好和靈敏度高的光傳感器一直是學(xué)術(shù)界乃至工業(yè)界研究的熱點，它可以廣泛應(yīng)用于各種檢測技術(shù)上。表面等離子體共振效應(yīng)是由光波與金屬電子相互作用而引起的一種光電子現(xiàn)象，當(dāng)沿界面的光波矢量分量與表面等離子體波的矢量分量相等時，會發(fā)生等離子體共振現(xiàn)象，入射光能量被大量吸收，致使反射光能量顯著減少，在反射光譜中形成特定頻率的反射谷。20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)了基于表面等離子體共振技術(shù)的棱鏡傳感器，光柵式、波導(dǎo)式和光纖SPR傳感器應(yīng)運而生，并廣泛應(yīng)用于生化、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等多個領(lǐng)域。尤其是光纖SPR傳感器，具有體積小、操作簡單、可實現(xiàn)在線實時遠(yuǎn)距離檢測和監(jiān)測等優(yōu)點，目前主要應(yīng)用于溶液濃度測量，但只有外部環(huán)境折射率小于或等于光纖包層的折射率時才有較高的靈敏度，這就在很大程度上限制了其在化學(xué)檢測方面的應(yīng)用。
[0003]在現(xiàn)有制作SPR傳感器技術(shù)中，首先利用化學(xué)合成技術(shù)可以制造大量結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度可控的納米顆粒，再利用光刻技術(shù)使納米顆粒保持方向一致，從而制備出均勻呈周期性排列的納米結(jié)構(gòu)，電子束光刻技術(shù)由于其工藝流程決定了它制作樣品的速度很慢，不適合制作大面積的樣品，而且每次加工都很耗時，不能批量生產(chǎn)器件。而納米壓印技術(shù)是加工聚合物結(jié)構(gòu)最常用的方法，它采用高分辨率電子束等方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)圖案制在模具上，然后用預(yù)先圖案化的模具使聚合物材料變形而在聚合物上形成結(jié)構(gòu)圖案，具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝過程簡單等優(yōu)點。納米壓印技術(shù)主要包括熱壓印和紫外壓印，熱壓印技術(shù)是在微納米尺度獲得并行復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種成本低而速度快的方法，被廣泛用于微納結(jié)構(gòu)加工；紫外壓印技術(shù)對環(huán)境要求更低，僅在室溫和低壓力下就可進(jìn)行，從而使用該技術(shù)生產(chǎn)能大大縮短生產(chǎn)周期，同時減小磨損。
[0004]因此，如何保證低成本、大規(guī)?？芍貜?fù)性的制造大面積的可見光折射率傳感器，并實現(xiàn)對其模型尺寸的精確調(diào)控，是一個值得探究的問題。
[0005]中國專利CN103728275A公開一種基于光學(xué)Tamm態(tài)等離激元的光折射率傳感器，包括金屬薄膜和分布式布拉格反射鏡，所述分布式布拉格反射鏡包括若干層相互交替排列的高折射率層和空氣層，相鄰的兩個高折射率層之間由連接塊連接，所述金屬薄膜緊鄰于分布式布拉格反射鏡中的高折射率層的一側(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可以制備大面積結(jié)構(gòu)整齊微納結(jié)構(gòu)的可見光折射率傳感器及其加工方法。
[0007]所述可見光折射率傳感器為3層結(jié)構(gòu)，從下至上依次設(shè)有基片、納米壓印膠層、鉻層和銀層，所述納米壓印膠層涂布在基片的上表面，納米壓印膠層的上表面沉積均勻周期排列的微納米金屬圓孔洞陣列，鉻層蒸鍍在納米壓印膠層上，銀層蒸鍍在鉻層上。
[0008]納米壓印膠層的厚度可為200?250nm ;絡(luò)層的厚度可為10?20nm ;銀層的厚度可為200?250nm ;所述周期可為500?600nm。
[0009]所述可見光折射率傳感器的加工方法，包括以下步驟:
[0010]1)將基片置于勻膠機(jī)中，采用旋涂的方式將紫外固化納米壓印膠均勻地涂布在基片上，烘烤后即在基片上形成納米壓印膠層；
[0011]在步驟1)中，所述基片可采用硅片，所述硅片可選擇單面拋光的硅片，并按照標(biāo)準(zhǔn)清洗流程清潔；所述旋涂的轉(zhuǎn)速可為2000r/min ;所述納米壓印膠層的厚度可為200?250nm ;所述烘烤的條件可于95°C烘烤2min。
[0012]2)納米壓印:將表面干凈的中間聚合物軟膜放在鎳模板表面進(jìn)行熱納米壓印，得到中間聚合物軟模板，在中間聚合物軟模板表面得到與鎳模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)，以中間聚合物軟模板為紫外納米壓印模板，將表面涂有納米壓印膠層的基片置于納米壓印光刻系統(tǒng)樣品臺上進(jìn)行紫外納米壓印，在納米壓印膠層表面得到與中間聚合物模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)；
[0013]3)用電子束蒸鍍儀先蒸鍍鉻層，再蒸鍍銀層，即得可見光折射率傳感器。
[0014]本發(fā)明的微納金屬圓孔洞陣列采用納米壓印工藝制作，之所以可以用納米壓印的方法來制作可見光折射率傳感器，是因為它有如下特點:
[0015](1)采用電子束直寫技術(shù)制作的納米壓印模板，其精密程度完全可以滿足器件對陣列周期以及陣列直徑的要求。
[0016](2)精確模板的使用可以很好地保證每個陣列單元的一致性。
[0017](3)由于納米壓印技術(shù)的采用，使器件的制作成本降低，且可用于工業(yè)中的大量生產(chǎn)。
[0018](4)操作步驟簡單，可不去殘膠。
[0019]正是基于如上特點，納米壓印便可以在保證可見光折射率傳感器的工藝要求下，同時運用于工業(yè)生產(chǎn)中，工藝簡單、尺寸小、靈敏度高、成本低，讓可見光折射率傳感器的應(yīng)用更加廣泛。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述可見光折射率傳感器實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明所述可見光折射率傳感器實施例的加工流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023]參見圖1和2，所述可見光折射率傳感器實施例為3層結(jié)構(gòu)，從下至上依次設(shè)有基片1、納米壓印膠層2、鉻層3和銀層4，所述納米壓印膠層2涂布在基片1的上表面，納米壓印膠層2的上表面沉積均勻周期排列的微納米金屬圓孔洞陣列，鉻層3蒸鍍在納米壓印膠層2上，銀層4蒸鍍在鉻層3上。
[0024]納米壓印膠層的厚度可為200?250nm ;絡(luò)層的厚度可為10?20nm ;銀層的厚度可為200?250nm ;所述周期可為500?600nm。
[0025]可見光折射率傳感器的加工方法，具體步驟如下:
[0026](1)選擇單面拋光的硅片為基片，按照標(biāo)準(zhǔn)清洗流程清潔硅片。
[0027](2)將步驟(1)得到的硅片置于勻膠機(jī)中，采用旋涂的方式將紫外固化納米壓印膠均勻地涂在硅片上，旋涂的轉(zhuǎn)速為2000r/min，膠厚200nm，95°C烘烤2min。
[0028](3)將表面干凈的中間聚合物軟膜放在鎳模板表面進(jìn)行熱納米壓印，得到中間聚合物軟模板，在中間聚合物軟模板表面得到與鎳模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)。以中間聚合物軟模板為紫外納米壓印模板，將表面涂有納米壓印膠層的硅片置于納米壓印光刻系統(tǒng)樣品臺上進(jìn)行紫外納米壓印，在納米壓印膠層表面得到與中間聚合物模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)。
[0029](4)用電子束蒸鍍儀先蒸鍍鉻層，再蒸鍍銀層，即得可見光折射率傳感器。
[0030]本發(fā)明可以通過改變金屬圓孔洞尺寸實現(xiàn)對不同光頻段的響應(yīng)。為了使微納圓孔洞壁全為金屬銀，應(yīng)保證銀層的厚度在納米壓印工藝模板深度以上。采用不同的納米壓印模板可改變微納金屬圓孔洞的幾何尺寸和陣列周期等特征，在可見光范圍內(nèi)不同頻段的光波會產(chǎn)生相應(yīng)的反射谷，從而實現(xiàn)可見光折射率傳感器不同光頻段的響應(yīng)。
【主權(quán)項】
1.可見光折射率傳感器，其特征在于其為3層結(jié)構(gòu)，從下至上依次設(shè)有基片、納米壓印膠層、鉻層和銀層，所述納米壓印膠層涂布在基片的上表面，納米壓印膠層的上表面沉積均勻周期排列的微納米金屬圓孔洞陣列，鉻層蒸鍍在納米壓印膠層上，銀層蒸鍍在鉻層上。2.如權(quán)利要求1所述可見光折射率傳感器，其特征在于所述納米壓印膠層的厚度為200?250nm ;鉻層的厚度為10?20nm ;銀層的厚度為200?250nm。3.如權(quán)利要求1所述可見光折射率傳感器，其特征在于所述周期為500?600nm。4.如權(quán)利要求1所述可見光折射率傳感器的加工方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將基片置于勻膠機(jī)中，采用旋涂的方式將紫外固化納米壓印膠均勻地涂布在基片上，烘烤后即在基片上形成納米壓印膠層； 2)納米壓印:將表面干凈的中間聚合物軟膜放在鎳模板表面進(jìn)行熱納米壓印，得到中間聚合物軟模板，在中間聚合物軟模板表面得到與鎳模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)，以中間聚合物軟模板為紫外納米壓印模板，將表面涂有納米壓印膠層的基片置于納米壓印光刻系統(tǒng)樣品臺上進(jìn)行紫外納米壓印，在納米壓印膠層表面得到與中間聚合物模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)； 3)用電子束蒸鍍儀先蒸鍍鉻層，再蒸鍍銀層，即得可見光折射率傳感器。5.如權(quán)利要求4所述可見光折射率傳感器的加工方法，其特征在于在步驟1)中，所述基片采用硅片。6.如權(quán)利要求5所述可見光折射率傳感器的加工方法，其特征在于所述硅片選擇單面拋光的硅片，并按照標(biāo)準(zhǔn)清洗流程清潔。7.如權(quán)利要求4所述可見光折射率傳感器的加工方法，其特征在于在步驟1)中，所述旋涂的轉(zhuǎn)速為2000r/min。8.如權(quán)利要求4所述可見光折射率傳感器的加工方法，其特征在于在步驟1)中，所述烘烤的條件是于95°C烘烤2min。
【專利摘要】可見光折射率傳感器及其加工方法，涉及光傳感器?？梢姽庹凵渎蕚鞲衅鳛?層結(jié)構(gòu)，從下至上依次設(shè)有基片、納米壓印膠層、鉻層和銀層。加工方法：將基片置于勻膠機(jī)中，采用旋涂的方式將紫外固化納米壓印膠均勻地涂布在基片上，烘烤后在基片上形成納米壓印膠層；將表面干凈的中間聚合物軟膜放在鎳模板表面進(jìn)行熱納米壓印，得中間聚合物軟模板，在中間聚合物軟模板表面得到與鎳模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)，以中間聚合物軟模板為紫外納米壓印模板，將表面涂有納米壓印膠層的基片置于納米壓印光刻系統(tǒng)樣品臺上進(jìn)行紫外納米壓印，在納米壓印膠層表面得到與中間聚合物模板互補(bǔ)的納米結(jié)構(gòu)；用電子束蒸鍍儀先蒸鍍鉻層，再蒸鍍銀層，即得可見光折射率傳感器。
【IPC分類】G01N21/41
【公開號】CN105277514
【申請?zhí)枴緾N201510833559
【發(fā)明人】朱錦鋒, 張麗蓉, 白彥強(qiáng), 嚴(yán)爽, 柳清伙
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月25日