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原文传递一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件

专利名称：	一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件
摘要：	本发明公开一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，包括微型谐振腔和总线波导，其中，微型谐振腔的厚度h小于一百纳米，形成巨大的倏逝场能量，与周围环境中的气体发生剧烈作用，总线波导位于纳米级厚度的微型谐振腔器件的一侧，实现对微型谐振腔中光场的耦合测量。所提出波导结构不仅极大的增强了光场与环境气体的相互作用，提高了气体传感器件的性能，而且显著降低了器件的有效折射率，改善了器件的加工制作容差，为实现高灵敏度、高可靠性的片上气体传感器以及片上多参量传感器奠定了基础。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	程振洲;贺祺;郭荣翔;郎玘玥;肖运帷;刘铁根
专利状态：	有效
申请日期：	2023-06-09T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310683345.0
公开号：	CN117074302A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	刘子文
分类号：	G01N21/01;G01N21/41;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/01;G01N21/41
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，包括衬底、微型谐振腔和总线波导，所述衬底由顶部硅层和底部硅层构成，所述顶部硅层和底部硅层之间设置有绝缘层；所述微型谐振腔和总线波导设置于顶部硅层，微型谐振腔的厚度小于一百纳米，小于工作波长尺寸的1/6，以形成能量占比超过50％的倏逝场能量，与周围环境中的气体发生作用；所述总线波导位于微型谐振腔器件的一侧，实现对微型谐振腔中光场的耦合测量；所述微型谐振腔和总线波导的两侧设置有亚波长光栅包层结构，通过蚀刻液穿过所述亚波长光栅包层结构实现对微型谐振腔和总线波导下方的绝缘层进行刻蚀得到空腔，使所述微型谐振腔和总线波导形成悬空结构。 2.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述绝缘层由二氧化硅、三氧化二铝或氮化硅构成。 3.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述蚀刻液采用氢氟酸溶液。 4.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述的总线波导是含有亚波长光栅包层的波导、由侧面支架支撑的条状波导或脊状波导其中的一种。 5.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述的微型谐振腔是微环谐振腔、微盘谐振腔、光子晶体谐振腔、法布里-珀罗腔其中的一种或几种。 6.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述微型谐振腔和总线波导的材料是由硅、锗、砷化镓、磷化铟、铌酸锂、砷化铝镓的晶体材料，或者是二氧化硅、氮化硅、硫化物的非晶体材料构成。 7.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述的气体传感器件能够工作在可见光、近红外、中红外波段。 8.根据权利要求1所述一种基于纳米级厚度微型谐振腔的气体传感器件，其特征在于，所述的气体传感器件能够基于折射率变化引起的共振峰移动实现气体检测，或是基于光学吸收损耗引起的共振峰消光比改变实现气体检测；气体传感器件能够基于一个共振峰进行气体检测，也能够基于若干个共振峰进行气体检测及多参量解耦。