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基于多孔硅一维光子晶体微阵列器件的研究

陈位荣  
【摘要】:多孔硅(Porous Silicon,PSi)是一种优良的纳米材料,在生物传感领域有较好的应用前景。微阵列是指在基片表面很小的面积上构建大量的分析单元和系统,将这些单元和系统进行有序的排列,可实现对生物化学组分快速、准确的检测。本论文主要利用PSi光子器件兼容性好的特点,结合现存的平面微加工技术,采用光刻和电化学腐蚀方法,制备出PSi一维光子晶体微阵列器件,通过自行设计的光学特性分析系统,利用光子晶体的光学特性,对PSi微阵列器件进行研究,实现了免标记、快速、实时并行的高灵敏度的检测。论文研究内容有二部分:(1)成功设计并制备PSi一维光子晶体布拉格反射镜(Bragg reflector,BR)8?8微阵列器件,利用布拉格反射镜的光学特性,在633 nm激光垂直入射情况下,用数字图像观察了以P型单晶硅为载片和以微阵列芯片为载片的PSi布拉格反射镜的表面反射光的变化情况,验证了数字图像呈现法对微阵列芯片的研究的可行性,排除了这类阵列因需要通过光谱仪逐一分析每一个单元的中心波长的困难,可实现高灵敏度的生物检测;(2)设计并制备了PSi一维光子晶体微腔的9?9微阵列器件。利用转移矩阵法分析了这类微阵列的光学特性,给出了一种适合于微阵列折射率变化检测的方法,研究了在633 nm激光入射情况下,微阵列每个阵列单元折射率和反射率之间的关系,并通过数字图像观察了阵列表面反射率变化情况,借助反射率测量方法,实现低于10-3折射率变化的检测。而通过观察数字图像亮度,通过理论分析生物分子进入PSi层数的不同,导致其检测灵敏度将发生较大的变化。实现了免标记、快速、实时且并行的高灵敏度折射率测量。


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