[发明专利]基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析装置及方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析装置，其特征在于包括：石墨烯太赫兹波发生单元（1）、用于装载癌细胞的金属-介质-金属波导（2）、石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3）和锁相放大器（4）；

所述的石墨烯太赫兹波发生单元（1）包括第一栅极（5）、第一二氧化硅层（6）、第一石墨烯层（7）、第一源极（17）和第一漏极（8），石墨烯太赫兹波发生单元（1）的底层为第一栅极（5），第一栅极（5）向上依次为第一二氧化硅层（6）和第一石墨烯层（7），所述的第一二氧化硅层（6）与第一石墨烯层（7）接触的一侧设置有若干平行排列的凹槽，所述的凹槽Y轴方向长度相同，X轴方向宽度依次增加，形成光栅结构（18），所述的第一源极（17）和第一漏极（8）设置于第一石墨烯层（7）上部且分别位于第一石墨烯层（7）的两侧；

所述金属-介质-金属波导（2）包括两个金属块（9）和用于放置癌细胞的介质腔，两个金属块（9）分别设置于第一源极（17）和第一漏极（8）上方，两个金属块（9）之间为介质腔；

所述石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3）包括第二二氧化硅层（10）、第二石墨烯层（11）、第二栅极（13）、第二漏极（12）和第二源极（15），所述的第二二氧化硅层（10）作为第二石墨烯层（11）的支撑物位于金属-介质-金属波导（2）上方，第二二氧化硅层（10）上覆盖有第二石墨烯层（11），第二栅极（13）、第二漏极（12）和第二源极（15）位于第二石墨烯层（11）上方；

所述的锁相放大器（4）与第一源极（17）、第二漏极（12）相连；

所述的石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3）的第二栅极（13）与石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3）的第二石墨烯层（11）之间还设置有三氧化二铝层（14）；所述的第一源极（17）和第一漏极（8）与光栅结构（18）的凹槽平行设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析装置，其特征在于：所述的第二漏极（12）位于第一漏极（8）正上方，第二源极（15）位于第一源极（17）正上方，第二栅极（13）位于介质腔正上方。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析装置，其特征在于：所述第一二氧化硅层（6）上的凹槽深度相同。

4.一种根据权利要求1所述装置的基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析方法，其特征在于包括如下步骤：将待测细胞（16）放置介质腔中，给第一漏极（8）、第一源极（17）外加设定的“源极-漏极”电压，给第一栅极（5）外加设定的栅极电压，石墨烯太赫兹波发生单元（1）中的第一石墨烯层（7）在外加电压作用下产生的高速电子流流过所覆盖的占空比依次递增的二氧化硅光栅时产生设定带宽的太赫兹波，并将控制电压信号作为参考信号传送至锁相放大器；太赫兹波穿透过癌细胞后到达石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3），给第二漏极（12）、第二源极（15）外加设定的“源极-漏极”电压，给第二栅极（13）外加设定的栅极电压，当太赫兹波照射到石墨烯太赫兹场效应管探测单元（3）中的第二石墨烯层（11）时，改变第二石墨烯层（11）的载流子迁移率，从而引起第二漏极（12）、第二源极（15）之间石墨烯沟道电流改变，该电流变化可被锁相放大器（4）放大测量；配合扫描改变第一漏极（8）、第一源极（17）的“源极-漏极”电压，最终可测得癌细胞的太赫兹波谱。