納米多孔硅光波導(dǎo)器件的制備及其特性研究.pdf

1、多孔硅已成為光化學(xué)、生物傳感器的理想材料。這是因?yàn)槎嗫坠璨牧暇哂写蟮谋缺砻娣e，對化學(xué)和生物分子具有很強(qiáng)的吸附能力，而且納米多孔硅對生物組織具有低毒性、共生性和兼容性，以及易于集成和微型化，以及制作工藝簡單等多方面的優(yōu)勢。
　　 目前，已有多種多孔硅光子器件應(yīng)用于光生物化學(xué)傳感領(lǐng)域。納米多孔硅光傳感器的基本傳感原理在于，吸附在多孔硅表面或滲透到多孔硅小孔里的分子與其匹配的共軛分子、配位體相結(jié)合，會引起多孔硅表面的折射率變化，從而引

2、起傳感器相應(yīng)輸出信號的變化。因此，研究多孔硅折射率變化和納米多孔硅器件結(jié)構(gòu)對于提高納米多孔硅光生物化學(xué)傳感器的靈敏度具有重要的科學(xué)意義。
　　 本文利用電化學(xué)腐蝕的方法制備多孔硅。并且利用Bruggeman模型和摻雜半導(dǎo)體折射率修正模型對多孔硅的折射率進(jìn)行了分析。研究了多孔硅的折射率和孔隙率、腐蝕電流密度和腐蝕時間之間的關(guān)系。同時，制備了具有周期性結(jié)構(gòu)的Bragg反射鏡和三層波導(dǎo)。最后，研究了用激光直寫的方法制各的納米多孔硅光柵

3、的傳感特性。主要內(nèi)容包括:
　　 1.利用Bruggeman模型計(jì)算了多孔硅的折射率，研究了多孔硅折射率與孔隙率、腐蝕電流密度和腐蝕時間之間的關(guān)系:隨著孔隙率的增加，多孔硅的折射率呈線性減小趨勢。而孔隙率受到腐蝕時間和電流密度的影響，直接影響多孔硅折射率。
　　 2.用橢偏儀測量了納米多孔硅折射率，并與用Bruggeman模型計(jì)算后經(jīng)過半導(dǎo)體折射率修正模型修正后的折射率進(jìn)行比較。修正后的計(jì)算結(jié)果更接近與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果?？芍?/p>

4、納米多孔硅的折射率與它的摻雜濃度有一定關(guān)系。
　　 3.用電化學(xué)腐蝕的方法，根據(jù)Bragg條件和納米多孔硅折射率的調(diào)控方法，通過選擇合適的腐蝕電流密度，制備了折射率周期性變化的Bragg反射鏡，以及三層納米多孔硅波導(dǎo)層。
　　 4.以激光直寫技術(shù)制備的平面光柵（周期為4μm/占空比為1.2∶2.8）作為傳感器，研究納米多孔硅平面光柵的傳感特性，分別采用了實(shí)驗(yàn)室常見的有機(jī)溶劑:無水乙醇、甲醇和丙酮作為傳感介質(zhì)。入射角分別為