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原文传递气体传感器及其制备方法

专利名称：	气体传感器及其制备方法
摘要：	本发明公开了一种气体传感器及其制备方法，该气体传感器包括：SOI基片，包含底层硅、埋氧层和顶层硅，其中，顶层硅上制作有脊形光波导芯区结构，该脊形光波导芯区结构包括：依次连接的模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅，以及一微环谐振腔，该微环谐振腔位于模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅形成的直线一侧，与直波导位置对应且耦合连接，可与直波导进行光谐振耦合；气体传感上包层，位于一谐振耦合区域，该谐振耦合区域覆盖于直波导与微环谐振腔上方；以及绝缘上包层，覆盖于SOI基片上方除谐振耦合区域之外的区域。该气体传感器具有微型化、高灵敏度、响应速度快、不易受电磁干扰、制备工艺与CMOS工艺兼容、以及易于制备和集成的综合性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院半导体研究所
发明人：	何玉铭;韩伟华;李兆峰;颜伟;王晓东;杨富华
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201811606056.6
公开号：	CN109709069A
代理机构：	中科专利商标代理有限责任公司
代理人：	任岩
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100083 北京市海淀区清华东路甲35号
主权项：	1.一种气体传感器，其特征在于，包括： SOI基片，包含底层硅、埋氧层和顶层硅，其中，所述顶层硅上制作有脊形光波导芯区结构，该脊形光波导芯区结构包括：依次连接的模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅，以及一微环谐振腔，该微环谐振腔位于所述模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅形成的直线一侧，与直波导位置对应且耦合连接，可与所述直波导进行光谐振耦合；气体传感上包层，位于一谐振耦合区域，该谐振耦合区域覆盖于所述直波导与微环谐振腔上方；以及绝缘上包层，覆盖于所述SOI基片上方除谐振耦合区域之外的区域。 2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述SOI基片中埋氧层的厚度大于或等于2μm：和/或，所述绝缘上包层的材料为B、P或B、Ge掺杂的二氧化硅；和/或，该气体传感器的尺寸为微米级。 3.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述气体传感上包层的材料为氧化锌纳米线，所述氧化锌纳米线是利用阴影效应，通过电子束倾斜蒸发的工艺制备得到的。 4.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述布拉格反射光栅通过周期性改变波导宽度来实现，其反射中心波长位于1.55μm处，反射带宽至少大于所述微环谐振腔的自由谱范围。 5.根据权利要求4所述的气体传感器，其中，所述布拉格反射光栅右侧端面镀有一层增反膜。 6.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述模斑转换器为一宽度渐变增大的波导，光入射端为窄波导端，与光纤相连，光出射端为宽波导端，与直波导尺寸匹配，通过宽度渐变实现直波导与光纤的高效耦合。 7.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述直波导与所述微环谐振腔进行耦合连接处的波导结构为直波导或者弯曲波导结构。 8.根据权利要求1至7中任一项所述的气体传感器，其中，光通过所述模斑转换器耦合进入所述直波导中，并在所述微环谐振腔中发生谐振，经过所述微环谐振腔谐振后输出的光入射至所述布拉格反射光栅，经所述布拉格反射光栅反射后的光再次通过直波导耦合进入所述微环谐振腔并输出，所述气体传感上包层吸附待测气体之后，折射率发生变化，使得所述微环谐振腔的谐振频率发生变化，实现传感；特别地，该气体传感器为一氧化碳气体传感器。 9.一种权利要求1至8中任一项所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：在SOI基片的顶层硅上制作脊形光波导芯区结构，该脊形光波导芯区结构包括：依次连接的模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅，以及一微环谐振腔，该微环谐振腔位于所述模斑转换器、直波导和布拉格反射光栅形成的直线一侧，与直波导位置对应，可与所述直波导进行光谐振耦合；在SOI基片上沉积绝缘上包层材料，并利用图形化工艺在绝缘上包层材料上制作谐振耦合区域，该谐振耦合区域覆盖于所述直波导与微环谐振腔上方，并刻蚀掉该谐振耦合区域的绝缘上包层材料；以及在谐振耦合区域内制作气体传感上包层。 10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述传感上包层的材料为氧化锌纳米线，该氧化锌纳米线是利用阴影效应，通过电子束倾斜蒸发的工艺制备得到的；和/或，所述布拉格反射光栅的反射中心波长位于1.55μm处，反射带宽至少大于所述微环谐振腔的自由谱范围。
所属类别：	发明专利