半導(dǎo)體器件的表面等離子體共振特性考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在考察考生對(duì)半導(dǎo)體器件表面等離子體共振特性的理解程度，包括基本原理、特性分析、應(yīng)用領(lǐng)域以及實(shí)驗(yàn)方法等方面的知識(shí)。

一、單項(xiàng)選擇題（本題共30小題，每小題0.5分，共15分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.表面等離子體共振（SPR）現(xiàn)象最早由哪位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)？（）

A.愛(ài)因斯坦

B.羅森

C.布洛赫

D.費(fèi)米

2.SPR現(xiàn)象主要發(fā)生在哪種介質(zhì)中？（）

A.真空

B.空氣

C.液體

D.固體

3.SPR傳感器的靈敏度主要取決于哪個(gè)參數(shù)？（）

A.介質(zhì)的折射率

B.傳感器的尺寸

C.入射光的波長(zhǎng)

D.傳感器的材料

4.SPR傳感器中，當(dāng)入射光與折射率差Δn為多少時(shí)，SPR現(xiàn)象最明顯？（）

A.0.001

B.0.01

C.0.1

D.1

5.SPR傳感器中，入射角θ與折射率n之間的關(guān)系為？（）

A.θ=arcsin(n)

B.θ=arcsin(1/n)

C.θ=arcsin(Δn)

D.θ=arcsin(1/Δn)

6.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（）

A.折射率增加

B.折射率減少

C.反射率增加

D.反射率減少

7.SPR傳感器在生物檢測(cè)中的應(yīng)用主要是檢測(cè)什么？（）

A.蛋白質(zhì)

B.DNA

C.糖類(lèi)

D.以上都是

8.SPR傳感器在化學(xué)分析中的應(yīng)用主要是檢測(cè)什么？（）

A.有機(jī)物

B.無(wú)機(jī)物

C.毒素

D.以上都是

9.SPR傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要是檢測(cè)什么？（）

A.重金屬

B.有毒氣體

C.污染物

D.以上都是

10.SPR傳感器在藥物研發(fā)中的應(yīng)用主要是檢測(cè)什么？（）

A.藥物分子

B.藥物代謝物

C.藥物靶點(diǎn)

D.以上都是

11.SPR傳感器的響應(yīng)時(shí)間通常在什么范圍內(nèi)？（）

A.納秒級(jí)

B.微秒級(jí)

C.毫秒級(jí)

D.秒級(jí)

12.SPR傳感器的空間分辨率通常在什么范圍內(nèi)？（）

A.微米級(jí)

B.納米級(jí)

C.毫米級(jí)

D.微米級(jí)以上

13.SPR傳感器的工作溫度范圍通常在什么范圍內(nèi)？（）

A.-20℃至80℃

B.0℃至100℃

C.-40℃至150℃

D.0℃至200℃

14.SPR傳感器的尺寸通常在什么范圍內(nèi)？（）

A.幾毫米

B.幾微米

C.幾毫米至幾厘米

D.幾厘米至幾米

15.SPR傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？（）

A.靈敏度高

B.選擇性好

C.操作簡(jiǎn)單

D.以上都是

16.SPR傳感器的主要缺點(diǎn)是什么？（）

A.靈敏度低

B.選擇性差

C.操作復(fù)雜

D.以上都不是

17.SPR傳感器中，當(dāng)入射光與傳感器表面相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（）

A.光的吸收增強(qiáng)

B.光的反射增強(qiáng)

C.光的透射增強(qiáng)

D.光的衰減

18.SPR傳感器中，SPR角θ與折射率差Δn之間的關(guān)系為？（）

A.θ∝Δn

B.θ∝1/Δn

C.θ∝Δn^2

D.θ∝1/Δn^2

19.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，SPR角θ會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.增大

B.減小

C.不變

D.先增大后減小

20.SPR傳感器中，入射光的波長(zhǎng)λ與折射率n之間的關(guān)系為？（）

A.λ∝n

B.λ∝1/n

C.λ∝n^2

D.λ∝1/n^2

21.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振波長(zhǎng)λ會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變短

B.變長(zhǎng)

C.不變

D.先變短后變長(zhǎng)

22.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振強(qiáng)度會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.增強(qiáng)

B.減弱

C.不變

D.先增強(qiáng)后減弱

23.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振相位會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變快

B.變慢

C.不變

D.先變快后變慢

24.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振頻率會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.增高

B.降低

C.不變

D.先增高后降低

25.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振線寬會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變寬

B.變窄

C.不變

D.先變寬后變窄

26.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變高

B.變低

C.不變

D.先變高后變低

27.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰位置會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變短

B.變長(zhǎng)

C.不變

D.先變短后變長(zhǎng)

28.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰形狀會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.變寬

B.變窄

C.不變

D.先變寬后變窄

29.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰面積會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.增大

B.減小

C.不變

D.先增大后減小

30.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰半高寬會(huì)發(fā)生什么變化？（）

A.增大

B.減小

C.不變

D.先增大后減小

二、多選題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.以下哪些是表面等離子體共振（SPR）傳感器的主要特點(diǎn)？（）

A.高靈敏度

B.高選擇性

C.快速響應(yīng)

D.操作簡(jiǎn)單

2.SPR傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括哪些？（）

A.蛋白質(zhì)檢測(cè)

B.DNA測(cè)序

C.藥物篩選

D.疾病診斷

3.SPR傳感器在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括哪些？（）

A.有機(jī)化合物分析

B.無(wú)機(jī)離子檢測(cè)

C.毒素檢測(cè)

D.污染物監(jiān)測(cè)

4.SPR傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括哪些？（）

A.重金屬檢測(cè)

B.有毒氣體監(jiān)測(cè)

C.水質(zhì)分析

D.大氣污染監(jiān)測(cè)

5.SPR傳感器在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括哪些？（）

A.新材料研發(fā)

B.表面改性

C.納米材料表征

D.光學(xué)材料分析

6.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振角θ的大??？（）

A.入射光的波長(zhǎng)

B.傳感器的折射率

C.傳感器的厚度

D.傳感器的表面粗糙度

7.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振波長(zhǎng)λ的位置？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

8.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振強(qiáng)度？（）

A.入射光的強(qiáng)度

B.傳感器的靈敏度

C.傳感器的選擇性

D.傳感器的穩(wěn)定性

9.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振線寬？（）

A.傳感器的噪聲

B.傳感器的溫度

C.傳感器的化學(xué)穩(wěn)定性

D.傳感器的機(jī)械強(qiáng)度

10.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振峰的位置？（）

A.入射光的波長(zhǎng)

B.傳感器的折射率

C.傳感器的厚度

D.傳感器的表面粗糙度

11.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振峰的形狀？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

12.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振峰的面積？（）

A.入射光的強(qiáng)度

B.傳感器的靈敏度

C.傳感器的選擇性

D.傳感器的穩(wěn)定性

13.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響共振峰的半高寬？（）

A.傳感器的噪聲

B.傳感器的溫度

C.傳感器的化學(xué)穩(wěn)定性

D.傳感器的機(jī)械強(qiáng)度

14.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的靈敏度？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

15.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的選擇性？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

16.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的穩(wěn)定性？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

17.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

18.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的空間分辨率？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

19.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的工作溫度范圍？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

20.SPR傳感器中，以下哪些因素會(huì)影響傳感器的尺寸？（）

A.傳感器的材料

B.傳感器的尺寸

C.傳感器的形狀

D.傳感器的表面處理

三、填空題（本題共25小題，每小題1分，共25分，請(qǐng)將正確答案填到題目空白處）

1.表面等離子體共振（SPR）現(xiàn)象最早由______發(fā)現(xiàn)。

2.SPR傳感器的工作原理基于______現(xiàn)象。

3.SPR傳感器的靈敏度與______成反比。

4.SPR傳感器的共振角θ與______成正比。

5.SPR傳感器的共振波長(zhǎng)λ與______成反比。

6.SPR傳感器的共振強(qiáng)度與______成正比。

7.SPR傳感器的共振線寬與______成正比。

8.SPR傳感器的共振峰位置變化可以反映______的變化。

9.SPR傳感器在生物檢測(cè)中常用于檢測(cè)______。

10.SPR傳感器在化學(xué)分析中常用于檢測(cè)______。

11.SPR傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中常用于檢測(cè)______。

12.SPR傳感器的響應(yīng)時(shí)間通常在______范圍內(nèi)。

13.SPR傳感器的空間分辨率通常在______范圍內(nèi)。

14.SPR傳感器的工作溫度范圍通常在______范圍內(nèi)。

15.SPR傳感器的尺寸通常在______范圍內(nèi)。

16.SPR傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)包括______。

17.SPR傳感器的主要缺點(diǎn)包括______。

18.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生______現(xiàn)象。

19.SPR傳感器中，SPR角θ與折射率差Δn之間的關(guān)系為_(kāi)_____。

20.SPR傳感器中，共振波長(zhǎng)λ與折射率n之間的關(guān)系為_(kāi)_____。

21.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振波長(zhǎng)λ會(huì)發(fā)生______變化。

22.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振強(qiáng)度會(huì)發(fā)生______變化。

23.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振相位會(huì)發(fā)生______變化。

24.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振頻率會(huì)發(fā)生______變化。

25.SPR傳感器中，當(dāng)有分子與傳感器表面相互作用時(shí)，傳感器的共振峰形狀會(huì)發(fā)生______變化。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請(qǐng)?jiān)诖痤}括號(hào)中畫(huà)√，錯(cuò)誤的畫(huà)×）

1.表面等離子體共振（SPR）現(xiàn)象僅在固體表面發(fā)生。（）

2.SPR傳感器的靈敏度隨著入射光波長(zhǎng)的增加而增加。（）

3.SPR傳感器在生物檢測(cè)中只能用于檢測(cè)蛋白質(zhì)。（）

4.SPR傳感器的響應(yīng)時(shí)間受到溫度的影響。（）

5.SPR傳感器的空間分辨率與傳感器的尺寸成反比。（）

6.SPR傳感器在化學(xué)分析中只能用于檢測(cè)有機(jī)物。（）

7.SPR傳感器的共振波長(zhǎng)λ與傳感器的厚度無(wú)關(guān)。（）

8.SPR傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要用于檢測(cè)空氣中的污染物。（）

9.SPR傳感器的共振強(qiáng)度隨著分子濃度的增加而增加。（）

10.SPR傳感器可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的分子。（）

11.SPR傳感器的共振角θ隨著折射率差的增加而增加。（）

12.SPR傳感器的共振線寬與傳感器的材料無(wú)關(guān)。（）

13.SPR傳感器在材料科學(xué)中主要用于分析光學(xué)材料。（）

14.SPR傳感器的響應(yīng)時(shí)間隨著傳感器的尺寸的增加而增加。（）

15.SPR傳感器的共振峰形狀與傳感器的表面處理無(wú)關(guān)。（）

16.SPR傳感器在生物檢測(cè)中可以用于檢測(cè)DNA和RNA。（）

17.SPR傳感器的共振波長(zhǎng)λ隨著折射率的增加而增加。（）

18.SPR傳感器的共振頻率與傳感器的形狀無(wú)關(guān)。（）

19.SPR傳感器的共振強(qiáng)度隨著入射光強(qiáng)度的增加而增加。（）

20.SPR傳感器在藥物研發(fā)中主要用于檢測(cè)藥物靶點(diǎn)。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡(jiǎn)述表面等離子體共振（SPR）的基本原理，并解釋為什么在半導(dǎo)體器件表面會(huì)發(fā)生SPR現(xiàn)象。

2.分析SPR傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，列舉至少三種應(yīng)用實(shí)例，并說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)。

3.討論SPR傳感器在化學(xué)分析中的應(yīng)用，包括其檢測(cè)原理、優(yōu)勢(shì)以及可能面臨的挑戰(zhàn)。

4.闡述SPR傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，分析其可能對(duì)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)的影響。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例背景：某半導(dǎo)體器件制造商開(kāi)發(fā)了一種新型傳感器，該傳感器利用表面等離子體共振（SPR）原理來(lái)檢測(cè)溶液中的特定分子。請(qǐng)根據(jù)以下信息，分析該傳感器的SPR特性，并解釋如何通過(guò)SPR現(xiàn)象檢測(cè)到目標(biāo)分子。

-傳感器材料為硅，表面經(jīng)過(guò)特殊處理以增強(qiáng)其與溶液的相互作用。

-傳感器的共振波長(zhǎng)為630nm。

-實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)目標(biāo)分子被加入溶液后，傳感器的共振波長(zhǎng)發(fā)生了變化。

2.案例背景：某研究團(tuán)隊(duì)正在研究一種基于表面等離子體共振（SPR）的傳感器，用于檢測(cè)水中的重金屬離子。請(qǐng)根據(jù)以下信息，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)評(píng)估該傳感器的性能，并分析可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素。

-傳感器采用金作為SPR活性層材料。

-實(shí)驗(yàn)中，使用不同濃度的重金屬離子溶液進(jìn)行測(cè)試。

-實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括共振波長(zhǎng)的變化、傳感器的響應(yīng)時(shí)間和檢測(cè)限。

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.D

2.C

3.D

4.B

5.B

6.B

7.D

8.B

9.D

10.D

11.B

12.B

13.C

14.C

15.D

16.D

17.B

18.C

19.A

20.B

21.A

22.A

23.B

24.A

25.D

二、多選題

1.A,B,C,D

2.A,B,C,D

3.A,B,C,D

4.A,B,C,D

5.A,B,C,D

6.A,B,C

7.A,B,C

8.A,B,C

9.A,B,C

10.A,B,C

11.A,B,C

12.A,B,C

13.A,B,C

14.A,B,C

15.A,B,C

16.A,B,C

17.A,B,C

18.A,B,C

19.A,B,C

20.A,B,C

三、填空題

1.布洛赫

2.表面等離子體共振

3.折射率差

4.折射率差

5.折射率

6.折射率差

7.折射率差

8.溶液中的分子濃度

9.蛋白質(zhì)

10.有機(jī)物

11.毒素

12.納秒級(jí)至微秒級(jí)

13.納米級(jí)

14.-20℃至80℃

15.幾毫米至幾厘米

16.靈敏度高，選擇性佳，操作簡(jiǎn)單

17.靈敏度相對(duì)較低，成本較高

18.折射率降低

19.θ∝Δn

20.λ∝1/n

21.變短

22.增強(qiáng)

23.變快

24.增高

25