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目前電子器件正朝著功能多樣化的方向發(fā)展，這就要求模塊的集成度越來越高，光電傳感器芯片的尺寸就必須越來越小，導(dǎo)致其包含的納米結(jié)構(gòu)單元的尺寸，已經(jīng)接近它們要檢測(cè)的物體或分子。
雖然越小的結(jié)構(gòu)單元，意味著相同尺寸的光電傳感器可以配置的數(shù)量更多，性能也更加強(qiáng)大。但是它們微小的尺寸使得將被檢測(cè)物移動(dòng)到光電傳感器的最佳檢測(cè)區(qū)域，變得越來越困難，這也影響了光電傳感器的實(shí)際傳感性能。
紐約州立大學(xué)布法羅分校（University at Buffalo，the State University of New York，簡(jiǎn)稱UB）與Sandia National Laboratories（桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室，簡(jiǎn)稱SNL）組成一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了一種基于表面增強(qiáng)紅外吸收（SEIRA）光譜技術(shù)的新型傳感器，簡(jiǎn)稱新型SEIRA傳感器。
表面增強(qiáng)紅外吸收光譜作為一種高靈敏、無標(biāo)記、無損，并且具有特異性的分析物鑒定技術(shù)，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在了許多傳感應(yīng)用中，這一類傳感器被稱為SEIRA傳感器。
大多數(shù)SEIRA傳感器為了大幅度增強(qiáng)電場(chǎng)，通常采用的是共振納米光子結(jié)構(gòu)，以便在納米熱點(diǎn)中將光與物質(zhì)的一系列信號(hào)轉(zhuǎn)化增強(qiáng)多個(gè)數(shù)量級(jí)。越小的熱點(diǎn)可以獲得更強(qiáng)的電場(chǎng)，但也意味著將被檢測(cè)物體準(zhǔn)確地放置到這些熱點(diǎn)上越來越困難。
表面增強(qiáng)紅外吸收光譜傳感器：紅外光（圖中白色光束）被金屬表面的微小縫隙捕獲并探測(cè)微量物質(zhì)含量
新型SEIRA傳感器包含一個(gè)微小的矩形金條陣列，微型陣列浸泡在1-十八烷基硫醇（簡(jiǎn)寫為ODT）中，然后加入液態(tài)金屬鎵作為傳感器的基底，再在頂部裝上一個(gè)薄玻璃蓋，類似于做三明治那樣一層夾一層。
新型SEIRA傳感器制作簡(jiǎn)化流程圖
這樣傳感器就形成一種多層和腔體的設(shè)計(jì)，研究人員稱這種設(shè)計(jì)為“納米貼片天線”。該“天線”能夠?qū)⒈粰z測(cè)物導(dǎo)入空腔，精準(zhǔn)的傳遞到光電傳感器的最佳檢測(cè)區(qū)域，同時(shí)吸收充分的紅外光來進(jìn)行傳感。
相比一般傳感器只能使反射光量發(fā)生1%的變化，新型SEIRA傳感器的單層分子就可以達(dá)到10%的變化，也就是說，感測(cè)靈敏度最起碼提升了十倍。該研究團(tuán)隊(duì)仍在對(duì)新型SEIRA傳感器做改進(jìn)，未來將有可能應(yīng)用在醫(yī)療診斷和生物分析傳感等領(lǐng)域，比如感測(cè)一些導(dǎo)致疾病的微生物。
血液腫瘤的生物分析傳感
感測(cè)完成之后，只需要擦拭掉傳感器芯片表面的液態(tài)金屬鎵，就可以進(jìn)行下一次的傳感檢測(cè)，也就是說，這種檢測(cè)手段是可以循環(huán)使用的，這樣就可以降低設(shè)備的使用成本。
這種液態(tài)金屬納米光子結(jié)構(gòu)的新型SEIRA傳感器具有可靠、經(jīng)濟(jì)和高效的優(yōu)點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)思路為其他光子學(xué)應(yīng)用和開發(fā)紅外波段高性能傳感器開辟出了另一片廣闊的天地。
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