[发明专利]一种基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，包括至下而上依次连接的硅基底层(1)、Bragg反射镜层(2)、缓冲层(3)和圆孔型光子晶体光栅层(4)；

所述Bragg反射镜层(2)包括N个周期循环交替排列的高孔隙率多孔硅层(201)和低孔隙率多孔硅层(202)；

所述圆孔型光子晶体光栅层(4)上设有多个空气孔(401)，所述空气孔(401)以晶格常数a排列。

2.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述N＝5。

3.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述空气孔(401)以晶格常数a为1000±100nm的三角形或正方形排列。

4.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述晶格常数a为1000nm。

5.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述高孔隙率多孔硅层(201)的孔隙率ρ＝80％，所述低孔隙率多孔硅层(202)的孔隙率ρ＝50％。

6.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述高孔隙率多孔硅层(201)和低孔隙率多孔硅层(202)的厚度通过以下公式计算：

其中，入射光波长λ₀＝1.55μm；

所述高孔隙率多孔硅层(201)折射率n_L＝1.32，高孔隙率多孔硅层(201)厚度d_L＝294nm；所述低孔隙率多孔硅层(202)折射率n_H＝2.15，低孔隙率多孔硅层(202)厚度d_H＝180nm。

7.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述空气孔直径D取值从200nm～600nm，步长设置为100nm；孔深h取值从400nm～800nm，步长设置为100nm。

8.根据权利要求1所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器，其特征在于，所述空气孔直径D＝300nm；所述空气孔孔深h＝600nm。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.通过严格耦合波分析方法利用软件建立基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器的结构模型，所述基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器的结构包括至下而上依次连接的硅基底层(1)、Bragg反射镜层(2)、缓冲层(3)和圆孔型光子晶体光栅层(4)，所述Bragg反射镜层(2)包括N个周期循环交替排列的高孔隙率多孔硅层(201)和低孔隙率多孔硅层(202)，所述圆孔型光子晶体光栅层(4)上设有多个空气孔(401)，所述空气孔(401)以晶格常数a排列；

步骤S2.基于严格耦合波分析法计算入射波长在近红外波段λ₀的光在多孔硅结构里面的演化，通过对Bragg反射镜层(2)周期数N和圆孔型光子晶体光栅层(4)的结构参数进行优化，以获得激发布洛赫表面波BSW的最佳结构参数组合，所述结构参数包括晶格常数a、空气孔直径D和空气孔孔深h；

步骤S3.分析具有不同折射率分析物的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器的光谱灵敏度。

10.根据权利要求9所述的基于布洛赫表面波的多孔硅生物传感器的设计方法，其特征在于，所述最佳参数的组合为：所述Bragg反射镜层(2)周期数N＝5，晶格常数a＝1000nm，空气孔直径D＝300nm，空气孔孔深h＝600nm。