[发明专利]MIM环形刻槽结构传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种MIM传感器，尤其涉及一种MIM环形刻槽结构传感器，属于微波器件技术领域。

背景技术

局域表面等离激元共振(（Localizedsurfaceplasmonsresonance，LSPR）)是存在于金属纳米颗粒或不连续的金属纳米结构中的电荷密度震荡受入射光子激发所产生的共振现象。在微波段，金属表面对电磁波是一种弱束缚，自然界几乎找不到等离子体频率处于该波段附近的金属材料。刻有微结构如凹槽或者孔洞阵列的结构化金属表面支持人工局域表面等离激元（SpoofLSPs）的传播，其电磁特性类似于局域表面等离激元。基于人工表面等离激元能够在微波毫米波段实现类似的LSPR现象。传统谐振式传感器一般只能在某些特定频点完成测量，不能实现宽带测量或传感。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出基于刻槽MIM环形结构的人工局域表面等离激元共振传感器，能够实现宽带高灵敏度的介质测量、传感。

一种MIM环形刻槽结构传感器，包括介质基板及其上面MIM环形光栅结构，所述MIM环形光栅结构由内封闭金属光栅结构、外封闭金属光栅结构和绝缘体介质组成，所述外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构之间形成环形结构；所述绝缘体介质填充在所述环形结构中；所述内封闭金属光栅结构、外封闭金属光栅结构金属光栅结构上刻蚀有一个1个以上沿圆周方向均匀分布的凹槽。

进一步地，所述MIM环形刻槽结构传感器的介质板背面设有微带线。

更进一步，所述微带线由一条短金属贴片和金属贴片末端的圆盘枝节结构组合而成。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本发明在较宽频带内容易产生多个谐振模式，它周围介质参数的变化非常敏感，能够实现宽带高灵敏度的传感。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明表面覆盖不同厚度的待测卡片时的仿真曲线图；

图4是本发明对不同折射率材料的仿真曲线图；

其中1-MIM环形光栅结构，2-外封闭金属光栅结构的凹槽宽度，3-外封闭金属光栅结构的凹槽间隔，4-外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构的凹槽长度，5-内封闭金属光栅结构的凹槽宽度，6-内封闭金属光栅结构的凹槽间隔，7-绝缘体介质，8-外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构的间隔，9-微带线，10-微带线末端的圆盘枝节结构，11-MIM环形光栅厚度，12-介质板，13-介质板的厚度，14-人工局域表面等离激元二极谐振模式，15-人工局域表面等离激元四极谐振模式，16-人工局域表面等离激元六极谐振模式，17-人工局域表面等离激元八极谐振模式。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例，对本发明做进一步阐述。

实施例一：

参见图1和图2，一种MIM环形刻槽结构传感器，包括介质板12及其上面MIM环形光栅结构1，所述MIM环形光栅结构1由内封闭金属光栅结构、外封闭金属光栅结构和绝缘体介质7组成，所述外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构之间形成环形结构；所述绝缘体介质7填充在所述环形结构中；所述内封闭金属光栅结构、外封闭金属光栅结构金属光栅结构上刻蚀有一个1个以上沿圆周方向均匀分布的凹槽。

进一步地，所述MIM环形刻槽结构传感器的介质板12背面设有微带线9。

本实施例中外封闭金属光栅结构的凹槽宽度2为0.38mm、外封闭金属光栅结构的凹槽间隔3为0.94mm、外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构的间隔8为1mm，内封闭金属光栅结构的凹槽宽度5为0.21mm、内封闭金属光栅结构的凹槽间隔6为0.52mm，外封闭金属光栅结构与内封闭金属光栅结构的凹槽长度4相等，均为3mm。采用位于介质板背面的的微带线9作为激励来激发介质板12上MIM环形光栅结构1中的人工局域表面等离激元。其中微带线9末端的圆盘枝节结构10是为了使更多的电磁波耦合到MIM金属光栅结构上，MIM环形光栅厚度11为0.018mm，非常小。本发明结构在介质板背面加这种微带线激励容易产生多个高次谐振模式，且这种人工局域表面等离激元谐振模式对于周围介质参数的变化非常敏感，当介质的厚度或者折射率发生改变时，局域表面等离激元共振时对应的反射系数和谐振波长发生移动，以此来检测周围环境的变化，能够实现宽带高灵敏度的传感。