【摘要】：多孔硅已被證明是開發(fā)敏感,易用,低成本生物傳感平臺的良好基底材料。多孔硅對折射率變化敏感的光學特性,與生物良好的相容性和其內(nèi)部的巨大的比表面積。結(jié)合硅在近紅外波段透射性質(zhì)良好,使多孔硅成為近紅外生物傳感應(yīng)用的適用平臺。研究人員一直在探討有效提升微腔結(jié)構(gòu)傳感器靈敏度的方法。具有一定孔隙度對比調(diào)制的光學結(jié)構(gòu)會阻止分子擴散到多孔硅結(jié)構(gòu)內(nèi)部,并且對于生物分子的尺寸具有較大的限制,將生物材料滲透到非均勻多孔硅多層中是困難的,生物分子進入多孔硅通道只能停留在多孔硅表層,這對于多孔硅微腔器件檢測生物反應(yīng)是一個待解決的問題。本論文主要研究基于多孔硅折疊微腔,使用免光譜儀的透射角度裝置檢測折射率的變化。折疊微腔是由兩個分離式布喇格反射鏡,而不是傳統(tǒng)的分布式布拉格反射鏡,該結(jié)構(gòu)在將生物材料滲入多孔硅缺陷層之后組裝。所提出的折疊微腔結(jié)構(gòu)僅需要滲入到單一均質(zhì)多孔硅中心層中以進行透射角度移位以產(chǎn)生高靈敏度具有高Q值的微腔。微腔的角度透射光譜的特征在于尖銳的共振傾角,其位置對孔內(nèi)的生物分子的結(jié)合非常敏感。通過對傳感器的性能進行綜合建模,并將其轉(zhuǎn)化為定量檢測的實用工具。從理論和實驗兩方面優(yōu)化條件后得到最佳的傳感器光學結(jié)構(gòu),并且對多孔硅微腔器件的檢測靈敏度進行了研究。本文詳細介紹了多孔硅折疊微腔生物傳感器的設(shè)計,器件制備,表征和應(yīng)用。本論文主要研究工作內(nèi)容如下:1.使用轉(zhuǎn)移矩陣法理論模擬計算了折疊布喇格反射鏡組合微腔在生物傳感的高靈敏度的可行性。研究了不同層對于折射率變化的敏感程度,尤其對于缺陷環(huán)境中的微小折射率變化會產(chǎn)生通過光子晶體傳輸?shù)牟ㄩL的可測量的變化。通過轉(zhuǎn)移矩陣法計算證明了使用多孔硅的缺陷層檢測比實際檢測只需要更少的折射率變化就可以達到檢測目的。2.報告了一種替代整體微腔的電化學制造方法,周期性折射率調(diào)制通過堆疊兩個分離布喇格反射鏡來實現(xiàn)。高效率的多孔布拉格反射器硅基板上成功制造薄膜,展示了高反射效率的寬帶反射鏡。通過對制備好的兩個分離的布喇格反射鏡進行垂直組裝,驗證了結(jié)構(gòu)的成功組裝。所提出的結(jié)構(gòu)僅需要滲入到單一均質(zhì)多孔硅中心層中以進行透射角度光譜移位以產(chǎn)生高靈敏度具有高Q值的微腔。3.介紹了脫離硅襯底的多孔硅獨立式薄膜,比較了擁有硅襯底和剝離式多孔硅薄膜的光的傳輸特性。最后通過理論計算研究了在獨立式布喇格反射鏡組裝過程中缺陷層厚度對于微腔光學性質(zhì)的影響。
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH744.1
【圖文】：

圖 1-1 PSi 1970-2018 國際研究歷程 20 世紀 50 年代，Uhlir 等人在貝爾實驗室發(fā)現(xiàn)了多孔硅（PSi），試期間在硅片上出現(xiàn)紅棕色時[24]。最初歸因于低氧化物種，PSi 幾何科學研究人員的關(guān)注，直到 Canham 和同事的兩個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)[9]

2-D 和 3-D PHC 的周期性結(jié)構(gòu)圖在過去的十年中，材料領(lǐng)域出現(xiàn)了前沿熱點，主要研究方向是控制材料的光學特性。存在一類材料，光線禁止在材料內(nèi)部傳播，或者僅允許某些頻率的某些方向傳播，或者位于特定區(qū)域。這種系統(tǒng)由幾何形狀產(chǎn)生了光子帶隙。在這些結(jié)

圖 2-1 光通過 N 層疊層交替折射率傳播的示意圖對于橫向電（TE）偏振的情況，通過非磁性層 n 1 和 n，(n|n 1)之間面的光的傳播被描述為Εn,t+n,t= Tn|n 1Εn 1,b+n 1,b=1 00ηn 1cosθn 1ncosθnΕn 1,b+n 1,b(

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本文編號：2751713