基于光子晶體結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振器件及其應(yīng)用研究.pdf

1、基于光子晶體結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振(surfaceplasmonrcsoIlancc,SPR)器件由于其獨(dú)特的光學(xué)特性,已成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。對(duì)這方面的研究具有很高的學(xué)術(shù)意義和廣泛的應(yīng)用前景。
　　 本文研究了基于二維光子晶體結(jié)構(gòu)的SPR器件,并開(kāi)展了該器件在MEMS紅外輻射源和生物分子檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
　　 本文的主要工作有以下幾方面:
　　 1.設(shè)計(jì)、制作了一種基于二維光子晶體結(jié)構(gòu)的SPR器件,器

2、件基本結(jié)構(gòu)為Si-SiO2(650nm)-Cr(100nm)-Au(800nm),并在表面形成5μm深的周期性排列的圓孔。為了研究器件特性,設(shè)計(jì)了不同的晶格常數(shù)、直徑以及圓孔排列方式的圖形。
　　 2.系統(tǒng)研究了該器件不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外反射譜的關(guān)系。利用FDTD軟件進(jìn)行模擬以及采用紅外傅立葉測(cè)量?jī)x器測(cè)量了不同器件結(jié)構(gòu)的紅外反射譜,發(fā)現(xiàn)模擬和測(cè)量結(jié)果基本相符。具體結(jié)果如下:該器件SPR共振峰位置基本與圓孔間距即晶格常數(shù)成正比,正方

3、型排列基本接近于1:1,而六邊型排列基本接近于√3/2;常規(guī)六邊型排列比帶缺陷六邊型排列和正方型排列具有更窄的半波寬和更大的SPR共振強(qiáng)度;隨著圓孔直徑和圓孔間距之比變大,該輻射源的SPR共振峰強(qiáng)度變大。
　　 3.基于對(duì)該器件的紅外輻射特性研究,提出了一種新型的SPR-MEMS紅外光源。設(shè)計(jì)并制作了四種不同的光源結(jié)構(gòu),兩種基本結(jié)構(gòu)為Si襯底-SiO2(650nm)-Si3N4(200nm)-Pt(200nm)和Si襯底-Si0

4、2(650nm)-Si3N4(200nm)-Pt(200nm)-Si3N4(200nm)-Au(80nm),并在表面刻蝕大約5μm深的周期性正方型排列的圓孔,其中SiO2和Si3N4為隔離層,防止光源熱量的散失,Pt為發(fā)熱材料。對(duì)于這兩種不同的結(jié)構(gòu),分別設(shè)計(jì)了兩種不同形狀的Pt燈絲形狀,分別為平板加熱型和弓字加熱型。目前該光源的工藝流程已進(jìn)展至最后背面腐蝕工藝。
　　 4.開(kāi)展了該器件在人免疫球蛋白G生物分子檢測(cè)的應(yīng)用研究。通過(guò)