[发明专利]金属膜上介质周期结构折射率传感器及制备方法

权利要求书

1.一种金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：传感元件为纳米光子结构，上至下分别为介质柱阵列，氧化铝保护层贵金属反射层，基底；由圆柱体介质柱构成的介质柱阵列呈中心对称的形状，且紧贴氧化铝表面；通过共振峰位置偏移测量折射率。

2.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：介质柱阵列在所工作的光波段透明，折射率范围1.4～2.5，且大于被测气体或者被测溶液的折射率，选用二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氮化硅任一种材料。

3.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：所述的介质柱阵列采用二氧化钛，氧化铝保护层上二氧化钛周期阵列与PDMS微流通道贴合构成传感器，透过PDMS测量垂直反射谱。

4.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：工作于400-2500nm的波段，拥有两个不同的共振模式，在反射谱上面表现为两个不同线宽的反射谷：模式一、一个反射谷的中心波长靠近但不小于阵列周期与背景环境折射率的乘积，源自表面晶格共振，模式光场被局域在介质柱的顶端以及介质柱之间的空白区域；模式二、光场被局域在介质柱底部。

5.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：介质柱二维周期阵列中，介质柱的高宽比大于1。

6.根据权利要求5所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：介质柱阵列高度420nm，直径290nm。

7.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器，其特征在于：贵金属反射层的厚度为50～200nm，氧化铝保护层厚度为10～20nm。

8.根据权利要求1所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器的制备方法，其特征在于：贵金属反射层采用材料包括金、银、铝、铜。

9.根据权利要求1-7任一所述的金属膜上介质周期结构折射率传感器的制备方法，其特征在于：

步骤1.1采用电子束蒸镀的方式在干净的硅片上沉积50～200nm贵金属反射层，腔室蒸镀压强低于1.0X 10-6Torr；

步骤1.2采用原子层沉积的方式在金膜上沉积10-20nm的氧化铝薄膜，其中n(Al2O3)＝1.67；

步骤1.3采用电子束蒸镀的方式在氧化铝薄膜上沉积420nm的二氧化钛，其中n(TiO2)＝2.1，腔室蒸镀压强低于2.0X 10^-7Torr；

步骤1.4用原子层沉积的方式在二氧化钛上沉积30nm的氧化铝用来当掩膜刻蚀二氧化钛；在二氧化钛上旋涂150nm厚的光刻胶，进行纳米压印，周期560nm，压印过后用氧气等离子体处理；

步骤2.1对理过后的样品进行刻蚀，刻蚀掉30nm的氧化铝；氧气等离子体去掉多余的光刻胶；

步骤2.2再用氧化铝作为掩膜刻蚀二氧化钛，刻蚀气体为SF₆和C₄F₈，得到了金膜上二氧化钛周期阵列；

步骤3、将金膜上二氧化钛周期阵列与PDMS微流通道贴合构成传感器。