一种太赫兹超材料传感器制造技术

本发明专利技术公开一种太赫兹超材料传感器，属于太赫兹传感技术领域。在金属微结构和金属反射层之间设置微流通道，通过利用微流通道可有效降低液相生物分析物的厚度的优点，能够有效地降低水对太赫兹波的吸收；且通过设计金属微结构的谐振单元为三个工型结构，对不同折射率的液相生物分析物实现了高灵敏度传感检测。液相生物分析物实现了高灵敏度传感检测。液相生物分析物实现了高灵敏度传感检测。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹超材料传感器


[0001]本专利技术涉及太赫兹传感
，特别是涉及一种太赫兹超材料传感器。

技术介绍

[0002]太赫兹波(Terahertz，THz)是对于频率范围在0.1～10THz范围内电磁波的统称，其具有宽带宽、低能量、强穿透性等优点。其中，其能够激发生物大分子(如脱氧核糖核酸、蛋白质等)的集体振荡模式，且其低能量性不会对生物大分子产生理化性质的破坏，故可以将其应用于生物传感领域。但由于太赫兹波存在被水强吸收的缺点，故对于液相生物分析物的测试，利用太赫兹检测会存在较大误差。为提升太赫兹传感器的性能，寻找一种有效降低水对太赫兹波吸收的传感检测方法迫在眉睫。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种太赫兹超材料传感器，可实现对液相生物分析物的高灵敏度传感检测。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种太赫兹超材料传感器，所述太赫兹超材料传感器包括：金属微结构、金属反射层和微流通道；
[0006]微流通道位于金属微结构和金属反射层之间；传感检测时，液相生物分析物在微流通道中与入射太赫兹波接触，实现传感；
[0007]金属微结构包括多个周期性二维排列的谐振单元，所述谐振单元包括第一工型结构和两个第二工型结构，两个第二工型结构轴对称分布在第一工型结构的两侧；所述第一工型结构的尺寸大于所述第二工型结构的尺寸。
[0008]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0009]本专利技术公开一种太赫兹超材料传感器，在金属微结构和金属反射层之间设置微流通道，通过利用微流通道可有效降低液相生物分析物的厚度的优点，能够有效地降低水对太赫兹波的吸收；且通过设计金属微结构的谐振单元为三个工型结构，对不同折射率的液相生物分析物实现了高灵敏度传感检测。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本专利技术实施例提供的一种太赫兹超材料传感器的立体结构示意图；
[0012]图2为本专利技术实施例提供的一种太赫兹超材料传感器的平面结构示意图；
[0013]图3为本专利技术实施例提供的金属微结构的一个谐振单元的结构示意图；
[0014]图4为本专利技术实施例提供的太赫兹超材料传感器的折射率特性图；
[0015]图5为本专利技术实施例提供的太赫兹超材料传感器的灵敏度特性图；
[0016]图6为本专利技术实施例提供的太赫兹超材料传感器的第一工型结构表面电场与电流分布图；
[0017]图7为本专利技术实施例提供的太赫兹超材料传感器的两个第二工型结构表面电场与电流分布图；
[0018]图8为本专利技术实施例提供的应用仿真特性图。
[0019]符号说明：1
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盖层，2
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金属微结构，3
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微流通道，4
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金属反射层，5
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衬底，21
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第一工型结构，22
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第二工型结构。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术的目的是提供一种太赫兹超材料传感器，可实现对液相生物分析物的高灵敏度传感检测。
[0022]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0023]如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的一种太赫兹超材料传感器，包括：金属微结构2、金属反射层4和微流通道3。
[0024]微流通道3位于金属微结构2和金属反射层4之间。传感检测时，液相生物分析物在微流通道3中与入射太赫兹波接触，实现传感。金属微结构2包括多个周期性二维排列的谐振单元，所述谐振单元包括第一工型结构21和两个第二工型结构22，两个第二工型结构22轴对称分布在第一工型结构21的两侧；所述第一工型结构21的尺寸大于所述第二工型结构22的尺寸。
[0025]金属微结构2，产生谐振响应；微流通道3，指金属微结构2与金属反射层4之间的空隙，是液相分析物与太赫兹波充分响应的场所；金属反射层4，反射与液相分析物作用后的太赫兹波。
[0026]本专利技术通过利用微流通道3可有效降低液相分析物的厚度的优点，将其与太赫兹传感器结合，有效地降低了水对太赫兹波的吸收，提升传感器性能。且通过有效地设计金属微结构2的结构，能够实现对液相分析物的高灵敏度传感检测。
[0027]不同的金属微结构2(超材料结构)能够产生不同的谐振响应。如图3所示的谐振单元结构，金属微结构2为三“工”型结构，中间大“工”型结构为第一工型结构21，左右两个小“工”型结构为两个第二工型结构22，该金属微结构2在0.2～0.8THz范围内能够产生两个近乎完美的吸收峰。通过CSTMicrowaveStudio2018对太赫兹超材料传感器进行仿真计算，得到的第一吸收峰的灵敏度为100GHz/RIU，第二吸收峰的灵敏度为193GHz/RIU。
[0028]在对不同食用油的应用仿真中，本专利技术的太赫兹超材料传感器显示出其能够有效预测不同食用油的相对介电常数，证明其能够应用于不同液相分析物样品的检测当中。
[0029]作为本专利技术的一种实施方式，金属微结构2的厚度r取值范围为0.15～0.2μm，材料为金、银、铝、铜、镍、钛中的任意一种。本实施例金属微结构2的厚度优选为0.2μm，材料优选为铝。
[0030]作为本专利技术的一种实施方式，微流通道3的高度h取值范围为6～14μm。本实施例优选为10μm。
[0031]作为本专利技术的一种实施方式，金属反射层4的厚度取值范围为0.15～0.2μm，所述金属反射层4的材料为金、银、铝、铜、镍、钛中的任意一种。本实施例金属反射层4的厚度优选为0.2μm，材料优选为铝。
[0032]参照图1和图2，本专利技术太赫兹超材料传感器还包括：盖层1和衬底5。盖层1底部附着有金属微结构2；金属反射层4设置在衬底5上。衬底5起支撑传感器的作用。
[0033]作为本专利技术的一种实施方式，盖层1的厚度tc取值范围为80～120μm，盖层1的材料为石英、聚酰亚胺、砷化镓、玻璃、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯中的任意一种。本实施例盖层1的厚度tc优选为100μm，材料优选为石英。
[0034]作为本专利技术的一种实施方式，每个谐振单元对应的盖层1的长度P取值范围为120～140μm。本实施例优选为130μm。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述太赫兹超材料传感器包括：金属微结构、金属反射层和微流通道；微流通道位于金属微结构和金属反射层之间；传感检测时，液相生物分析物在微流通道中与入射太赫兹波接触，实现传感；金属微结构包括多个周期性二维排列的谐振单元，所述谐振单元包括第一工型结构和两个第二工型结构，两个第二工型结构轴对称分布在第一工型结构的两侧；所述第一工型结构的尺寸大于所述第二工型结构的尺寸。2.根据权利要求1所述的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述第一工型结构用于在0.2～0.8THz范围内产生第一吸收峰，两个所述第二工型结构用于在0.2～0.8THz范围内产生第二吸收峰；所述第一吸收峰的灵敏度为100GHz/RIU，所述第二吸收峰的灵敏度为193GHz/RIU。3.根据权利要求1所述的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述金属微结构的厚度取值范围为0.15～0.2μm，所述金属微结构的材料为金、银、铝、铜、镍、钛中的任意一种。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈薇薇，李宗仁，邓琥，李桂琳，刘泉澄，熊亮，尚丽平，魏文卿，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：