[发明专利]一种片上微腔超声增敏掏空芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种片上微腔超声增敏掏空芯片，其特征在于，包括：硫系材料波导层（1）、二氧化硅层（2）及硅衬底层（3），所述硫系材料波导层（1）包括总线波导（11）及微环谐振腔（12），微环谐振腔（12）与总线波导（11）耦合，耦合后的微环谐振腔（12）与总线波导（11）设置于二氧化硅层（2）上，二氧化硅层（2）设置于硅衬底层（3）的上底面，沿硅衬底层（3）的下底面向硅衬底层（3）内部，刻蚀掏空出一个腔体（31），所述腔体（31）为圆柱腔，腔体（31）的半径长度为微环谐振腔（12）半径长度的1.5~4倍，在腔体（31）的半径长度由1.5*R向4*R增加时，随着腔体（31）半径长度的增加，微环谐振腔（12）的折射率灵敏度增大，R为微环谐振腔的半径，微环谐振腔（12）的折射率灵敏度与腔体（31）半径长度的关系满足：

y=2.3×10^^-6x²+2.783×10^^-5x-0.001767

其中，x表示腔体（31）的半径长度；y表示微环谐振腔（12）的折射率灵敏度；

腔体（31）的底面圆心相对于微环谐振腔（12）圆心的偏移量不超过2.5*R，R为微环谐振腔（12）的半径。

2.根据权利要求1所述的片上微腔超声增敏掏空芯片，其特征在于，所述总线波导（11）为直波导。

3.根据权利要求2所述的片上微腔超声增敏掏空芯片，其特征在于，光信号由直波导通过倏逝波耦合进微环谐振腔（12），在微环谐振腔（12）内满足谐振条件的波长，在微环谐振腔（12）内发生谐振，谐振条件为：

其中，n为微环谐振腔（12）的有效折射率，R为微环谐振腔（12）的半径，m为谐振阶数m=1,2,3…；为微环谐振波长；

微环谐振腔（12）在外部声压作用下回发生形变，其有效折射率n发生变化，微环谐振波长漂移，微环谐振腔（12）从而进行超声信号探测。

4.一种片上微腔超声增敏掏空芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1.选择一定厚度的二氧化硅层及硅衬底层，将氧化硅层设置于硅衬底层上，形成基片；

S2.在二氧化硅层上镀一层薄膜，然后依次通过旋涂正胶、离子束曝光、深反应离子刻蚀、除胶操作得到总线波导及微环谐振腔，并为总线波导镀一层聚合物涂层；

在进行深反应离子刻蚀操作时，基于SF₆/O₂反应气体，通过F和O原子在硅表面的化学作用生成SiF_xO_y钝化层，再通过溅射刻蚀，将SiF_xO_y钝化层去除，反复进行深反应离子刻蚀操作若干次，得到腔体；

S3.将经S2之后的基片倒置，使硅衬底层的原底面朝上；

S4.在原底面上依次进行旋涂正胶、离子束曝光、显影、深反应离子刻蚀、除胶操作，其中，进行深反应离子刻蚀操作时，沿硅衬底层的原底面向硅衬底层内部，刻蚀掏空出腔体。

5.根据权利要求4所述的片上微腔超声增敏掏空芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，选择的二氧化硅层厚度为3um，硅衬底层为200um。

6.根据权利要求5所述的片上微腔超声增敏掏空芯片的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的聚合物涂层为聚二甲基硅氧烷PDMS。