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原文传递一种基于硅基光电探测器的生化传感系统

专利名称：	一种基于硅基光电探测器的生化传感系统
摘要：	本实用新型涉及一种基于硅基光电探测器的生化传感系统，属于半导体光信号传输技术领域。该基于硅基光电探测器的生化传感系统，包括光源、从下至上的SOI晶片的衬底、SOI晶片的埋氧层、硅层和SiO2上包层，所述硅层包括输入波导、传感元件、传输波导、示踪元件、输出波导以及探测器，光源输出端通过输入波导与传感元件输入端相连，传感元件输出端通过传输波导与示踪元件输入端相连，示踪元件输出端通过输出波导与探测器相连，输入波导、传感元件、传输波导、示踪元件、输出波导以及探测器外层设有SiO2上包层。本系统通过硅光子生化系统并设置硅基光电探测器，可以有效解决生化传感系统器件复杂和光谱仪昂贵的问题。
专利类型：	实用新型
国家地区组织代码：	云南;53
申请人：	昆明理工大学
发明人：	方青;陈晓铃;胡娟;顾苗苗;张志群
专利状态：	有效
申请日期：	2018-10-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201821727962.7
公开号：	CN209296572U
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	650093 云南省昆明市五华区学府路253号
主权项：	1.一种基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：包括光源（100）、从下至上的SOI晶片的衬底（18）、SOI晶片的埋氧层（17）、硅层和SiO2上包层（16），所述硅层包括输入波导（101）、传感元件（110）、传输波导（102）、示踪元件（120）、输出波导（103）以及探测器（130），光源（100）输出端通过输入波导（101）与传感元件（110）输入端相连，传感元件（110）输出端通过传输波导（102）与示踪元件（120）输入端相连，示踪元件（120）输出端通过输出波导（103）与探测器（130）相连，输入波导（101）、传感元件（110）、传输波导（102）、示踪元件（120）、输出波导（103）以及探测器（130）外层设有SiO2上包层（16）。 2.根据权利要求1所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述输入波导（101）、传输波导（102）和输出波导（103）其横截面为条形或脊型结构。 3.根据权利要求1所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述传感元件（110）包括2×2MMI耦合器Ⅰ（1）、2×2MMI耦合器Ⅱ（2）两个2×2MMI耦合器和无上包层布拉格波导光栅Ⅰ（3）、无上包层布拉格波导光栅Ⅱ（4）两个无上包层布拉格波导光栅，2×2MMI耦合器Ⅰ（1）输出端上端口通过无上包层布拉格波导光栅Ⅰ（3）连接2×2MMI耦合器Ⅱ（2）输入端上端口，2×2MMI耦合器Ⅰ（1）输出端下端口通过无上包层布拉格波导光栅Ⅱ（4）连接2×2MMI耦合器Ⅱ（2）输入端下端口。 4.根据权利要求3所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述示踪元件（120）包括2×2MMI耦合器Ⅲ（5）、2×2MMI耦合器Ⅳ（6）两个2×2MMI耦合器，布拉格波导光栅Ⅰ（7）、布拉格波导光栅Ⅱ（8）两个布拉格波导光栅，以及调谐系统（9）；2×2MMI耦合器Ⅲ（5）输出端上端口通过布拉格波导光栅Ⅰ（7）连接2×2MMI耦合器Ⅳ（6）输出端上端口，2×2MMI耦合器Ⅲ（5）输出端下端口通过布拉格波导光栅Ⅱ（8）连接2×2MMI耦合器Ⅳ（6）输出端下端口，布拉格波导光栅Ⅰ（7）、布拉格波导光栅Ⅱ（8）上设有可调节电流或电压的调谐系统（9）；示踪元件（120）中的2×2MMI耦合器Ⅰ（1）、2×2MMI耦合器Ⅱ（2）与传感元件（110）中2×2MMI耦合器Ⅲ（5）、2×2MMI耦合器Ⅳ（6）结构相同，2×2MMI耦合器横截面为条形或脊型，示踪元件（120）中的布拉格波导光栅Ⅰ（7）、布拉格波导光栅Ⅱ（8）和传感元件（110）中无上包层布拉格波导光栅Ⅰ（3）、无上包层布拉格波导光栅Ⅱ（4）除了示踪元件（120）中的布拉格波导光栅Ⅰ（7）、布拉格波导光栅Ⅱ（8）有上包层外其他结构均相同。 5.根据权利要求4所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述调谐系统（9）为连接驱动电压或者电流的加热器。 6.根据权利要求4所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述示踪元件（120）中的布拉格波导光栅Ⅰ（7）、布拉格波导光栅Ⅱ（8）的上包层为SiO2上包层（16）。 7.根据权利要求1所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述探测器（130）为硅基光电探测器A；硅基光电探测器A基于硅光子条形波导（19），包括P++掺杂区（10）、P+掺杂区（11）、本征吸收区（12）、N++掺杂区（13）、金属电极（15）和引线孔，硅基光电探测器A中的硅光子条形波导（19）由SOI晶片埋氧层（17）上的硅层制备而成，P+掺杂区（11）位于硅光子条形波导（19）顶部中间，两侧均为P++掺杂区（10）且相连，本征吸收区（12）位于P+掺杂区（11）正上方，其顶部中间为N++掺杂区（13），一个金属电极（15）一端通过引线孔与P++掺杂区（10）相连，另外两个金属电极（15）一端分别通过引线孔与N++掺杂区（13）相连，三个金属电极（15）另一端均位于引线孔上端并穿透SiO2上包层（16）。 8.根据权利要求1所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述探测器（130）为硅基光电探测器B；硅基光电探测器B基于硅光子条形波导（19），包括P++掺杂区（10）、P+掺杂区（11）、本征吸收区（12）、N++掺杂区（13）、N+掺杂区（14）、金属电极（15）和引线孔，光电探测器中的硅光子条形波导（19）由SOI晶片埋氧层（17）上的硅层制备而成，本征吸收区（12）位于硅光子条形波导（19）顶部中间，两侧分别与P+掺杂区（11）和N+掺杂区（14）相连，P+掺杂区（11）另一侧与P++掺杂区（10）相连，N+掺杂区（14）另一侧与N++掺杂区（13）相连，其中一个金属电极（15）一端通过引线孔与P++掺杂区（10）相连，另一个金属电极（15）一端通过引线孔与N++掺杂区（13）相连，两个金属电极（15）另一端均位于引线孔上端并穿透SiO2上包层（16）。 9.根据权利要求1至8任意一项所述的基于硅基光电探测器的生化传感系统，其特征在于：所述传感元件（110）中的2×2MMI耦合器Ⅰ（1）和示踪元件（120）中的2×2MMI耦合器Ⅲ（5）上设有调谐系统（9）。
所属类别：	实用新型