[发明专利]环境敏感器件

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在由合同号为HR0011-09-3-0002的、来自国防部高级研究计划局（DARPA）的补助金部分地支持的研究的过程中做出的。美国政府对本发明具有一定权利。

背景技术

本公开内容总体上涉及环境敏感器件。

感测器件常常结合了纳米结构，其被利用以用于在分析物处于所述纳米结构上或其附近时检测所述纳米结构的电和/或机械性质的改变，或者用于在分析物处于所述纳米结构上或其附近并且暴露于光子时更改由所述分析物发出的光学信号。感测器件可以利用不同的感测技术，例如包括把分析物的吸附和/或解吸换能成可读信号、光谱技术、或者其他合适的技术。

拉曼光谱法是一种用于多种化学或生物感测应用的有用技术。拉曼光谱法被用来研究在光子与分子相互作用时分子能态之间的跃迁，其导致散射光子的能量被偏移。分子的拉曼散射可以被视为两个过程。处于特定能态的分子首先被入射光子激发到另一（虚拟或真实）能态，其通常处于光学频域内。受激发分子随后在环境的影响下作为偶极子源进行辐射，其中所述受激发分子与激发光子相比处于可能相对较低（即斯托克斯散射）或可能相对较高（即反斯托克斯散射）的频率。不同分子或物质的拉曼光谱具有可以被用来识别物种的特征峰。粗糙金属表面、各种类型的纳米天线、以及波导结构已经被用来增强拉曼散射过程（即上面描述的激发和/或辐射过程）。这一领域通常被称作表面增强拉曼光谱法（SERS）。

附图说明

通过参照下面的详细描述和附图，所要求保护的主题的实例的特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记对应于类似的（尽管可能不是完全相同的）部件。为了简短起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可能结合或者可能没有结合所述附图标记或特征出现于其中的其他附图来描述。

图1是用于形成环境敏感器件的一个实例的方法的实例的流程图；

图2A到2I是一起示出用于形成环境敏感器件的一个实例的方法的实例的示意图；

图3A和3B是不同锥形结构的扫描电子显微照片；

图4A、4B和4C是环境敏感器件的各种实例的示意性透视图；以及

图5A、5B和5C一起示出包括环境敏感器件的一个实例的系统的实例的示意图，并且还示出所述器件如何对不同外部刺激做出不同响应。

具体实施方式

在这里公开了环境敏感器件的多个实例。这样的器件包括一个或多个三维结构，每个在其上具有两个不同的涂层。这样的涂层被选择成对不同外部刺激做出不同响应。结果，在SERS应用期间，可以取决于其所暴露于的外部刺激来控制所述三维结构的位置。控制各个结构的位置的能力还有利地有助于在SERS应用期间相对于所述结构的表面控制入射激光的角度的能力。

图1示出用于形成环境敏感器件的一个实施例的方法的一个实施例。在这里将参照图2A到2I更详细地讨论图1中所示的方法的各步骤。特别地，图2A到2I示出用于形成包括锥形结构的器件的方法的一个实施例。更一般来说，所述三维结构可以是具有圆形或多边形周界底面的任何三维几何形状，或者从圆形或多边形周界底面锥化到更尖锐的尖部（例如尖端或顶点）的任何三维几何形状。所述形状取决于所使用的图案（pattern）以及在形成器件期间的蚀刻条件。三维形状的非限制性实例包括锥体、圆柱体、或者具有在一个尖部相交的至少三个面的多面体（例如棱锥体）等等。如在这里所使用的术语“锥形”或“锥体形状”描述具有从圆形周界底面锥化到尖锐的尖部（例如尖端或顶点）的三维几何形状的突起。在图3A、3B和4A中示出所述锥形结构的实例。此外，如在这里所使用的术语“圆柱形”或“圆柱体形状”描述从底面到尖部具有基本上一致的周界的突起（例如参见图4B）；以及术语“多面体形”或“多面体形状”描述具有从多边形周界底面锥化到尖锐的尖部的三个或更多个面的突起（例如参见图4C）。

现在将参照图1和2A到2I讨论用于形成包括锥形三维结构的环境敏感器件的方法的实施例。虽然在图2A到2I中示出的方法导致形成三个结构，但是应当理解，可以形成单个结构，或者可以形成包括多于三个结构的阵列。可以形成的结构的数目的上限至少部分地取决于所使用的基板（substrate）的尺寸、所使用的图案、以及所使用的制造过程。一般来说，可以对于特定最终用途按照期望按比例扩大在这里所公开的实施例。