一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術，具體是一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置。
【背景技術】
[0002]當前MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，簡稱 MEMS，微機電系統(tǒng))傳感器正在向微型化、高密度化的方向發(fā)展，其中MEMS加速度計是所有MEMS傳感器中發(fā)展較為成功的一個方向，軍事上已經(jīng)實現(xiàn)了戰(zhàn)略導彈的應用。工程上MEMS加速度傳感器精度已經(jīng)可以達到10 4g的量級。伴隨著光子集成線路的迅速發(fā)展，微光機電系統(tǒng)(M0EMS)將MEMS結構與微光器件、半導體激光器、光檢測器件等完整地集成在一起。M0EMS顯然繼承了 MEMS成熟的制作工藝，還能充分發(fā)揮光學器件速度高、功耗低的優(yōu)點。加速度傳感器作為M0EMS的一個典型代表，近年來在這方面的研究也越來越多。典型的有2013年佛羅里達大學光子學學院的 Rabiei 課題組在《Optics Express》雜志發(fā)表了 “Submicron optical waveguidesand microring resonators fabricated by selective oxidat1n of tantalum，，文章，其率先采用了部分氧化金屬的方法，在硅基上利用微米級的五氧化二鉭(Ta205)制作了一種新型光波導，此方法獲得的諧振腔品質(zhì)因素可達4.5 X，波導的傳輸損耗低至8.5 dB/cm。然而隨著外界環(huán)境及自身屬性的限制，這類敏感元件已經(jīng)漸漸趕不上了人們對微光處理芯片的要求。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polariton，簡稱SPP)是光和金屬表面的自由電子相互作用所引起的一種電磁波模式，能夠把光場束縛在亞波長的尺度，從而完成光電子器件在納米量級的高度集成，其一直被認為是把光學器件與電子器件集成到一起的實現(xiàn)更小量級M0EMS芯片的有效方法，這使其在傳感技術領域受到了國內(nèi)外諸多學者的廣泛重視。
[0003]從目前發(fā)展來看，微光機電系統(tǒng)的加速度傳感器件急需解決適應復雜環(huán)境、響應速度快、動態(tài)范圍大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置。這種裝置不僅能夠彌補微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，還能夠改善傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應時間長、靈敏度低等問題。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是:
一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置，包括底層的基底層，在基底層上表層設有大小相同的對稱排列的第一條狀石墨烯納米帶和第二條狀石墨烯納米帶，所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶之間設有微納光纖直波導。
[0006]所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶形成石墨烯-介質(zhì)-石墨烯對稱表面等離子波導結構。從而可以通過控制光纖介質(zhì)屬性控制輸出信號諧振波導和裝置靈敏度。
[0007]所述基底層為S0I基底層。
[0008]工作原理為:入射光由微納光纖直波導輸入，當微納光纖直波導被施加加速度時，由于彈光效應形成的石墨烯納米帶-介質(zhì)-石墨烯納米帶的折射率發(fā)生變化，導致產(chǎn)生的SPP傳播發(fā)生變化，從而使得輸出端口諧振波長發(fā)生漂移。由于加速度與諧振波長漂移量大致呈線性關系，通過加速度與諧振波長漂移量的關系式，可以檢測輸出端口諧振波長的漂移量的方法實現(xiàn)對加速度的探測。
[0009]所述的入射光為可調(diào)諧激光脈沖，調(diào)制范圍為600-900nm。
[0010]諧振波長漂移量檢測采用波譜范圍為200-1100nm的光譜儀。
[0011]這種裝置能夠通過調(diào)節(jié)光纖波導的厚度，實現(xiàn)調(diào)節(jié)表面等離子模式的傳輸特性，從而控制輸出信號諧振波長峰值，進而控制傳感器的靈敏度。這種裝置彌補了微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，改善了傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應時間長、靈敏度低等問題。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例的結構示意圖。
[0013]圖中，1.基底層2.微納光纖直波導3.第一條狀石墨烯納米帶4.第二條狀石墨烯納米帶5.可調(diào)諧激光器6.光譜儀7.入射光8.出射光。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步的闡述，但不是對本發(fā)明的限定。
[0015]實施例:
參照圖1，一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置，包括底層的基底層1，在基底層1上表層設有大小相同的對稱排列的第一條狀石墨烯納米帶3和第二條狀石墨烯納米帶4，第一條狀石墨烯納米帶3、第二條狀石墨烯納米帶4中間設有微納光纖直波導2。
[0016]所述基底層1為SOI基底層。
[0017]第一條狀石墨烯納米帶3、第二條狀石墨烯納米帶4形成了石墨烯-介質(zhì)-石墨烯的對稱表面等離子波導結構，從而可以通過控制光纖介質(zhì)屬性控制輸出信號諧振波導和裝置靈敏度。
[0018]在基底層1中SOI的頂層硅和背襯底之間引入埋氧化層，通過在絕緣體上形成半導體薄膜，能夠降低功耗、減小溝道效應。
[0019]第一條狀石墨稀納米帶3、第二條狀石墨稀納米帶4通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數(shù)和寬度可以通過選擇不同層數(shù)的碳納米管和控制刻蝕時間來調(diào)控。
[0020]微納光纖直波導2通過刻蝕法制作，制得的微納光纖性能穩(wěn)定。
[0021]入射光7由微納光纖直波導2輸入，在條狀石墨烯和光纖間形成表面等離子波，增強光信號的輸出，當微納光纖直波導2被施加加速度時，由于彈光效應形成的石墨烯納米帶-空氣-石墨烯納米帶結構的折射率發(fā)生變化，導致產(chǎn)生的SPP傳播發(fā)生變化，從而使得出射光8諧振波長發(fā)生漂移，由于加速度與諧振波長漂移量大致呈線性關系，通過加速度與諧振波長漂移量的關系式，利用光譜儀6檢測出射光8諧振波長的漂移量的方法實現(xiàn)對加速度的探測。
[0022]入射光7為由可調(diào)諧激光器5發(fā)出的可調(diào)諧激光脈沖，調(diào)制范圍為600-900nm。
[0023] 諧振波長漂移量檢測采用波譜范圍為200-1100nm的光譜儀6。
【主權項】
1.一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置，其特征是，包括底層的基底層，在基底層上表層設有大小相同的對稱排列的第一條狀石墨烯納米帶和第二條狀石墨烯納米帶，所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶之間設有微納光纖直波導。2.根據(jù)權利要求1所述的對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置，其特征是，所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶形成石墨烯-介質(zhì)-石墨烯對稱表面等離子波導結構。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對稱石墨烯納米帶的加速度傳感裝置，其特征是，包括底層的基底層，在基底層上表層設有大小相同的對稱排列的第一條狀石墨烯納米帶和第二條狀石墨烯納米帶，所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶之間設有微納光纖直波導。所述第一條狀石墨烯納米帶、第二條狀石墨烯納米帶形成石墨烯-介質(zhì)-石墨烯對稱表面等離子波導結構。這種裝置能夠通過調(diào)節(jié)光纖波導的厚度，實現(xiàn)調(diào)節(jié)表面等離子模式的傳輸特性，從而控制輸出信號諧振波長峰值，進而控制傳感器的靈敏度。這種裝置彌補了微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，改善了傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應時間長、靈敏度低等問題。
【IPC分類】G01P15/093, B81B7/02
【公開號】CN105366629
【申請?zhí)枴緾N201510826359
【發(fā)明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳麗, 宋樹祥, 傅得立
【申請人】廣西師范大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月25日