多孔硅光子晶體的氣體傳感技術的研究.pdf

1、多孔硅薄膜傳感技術是20世紀90年代發(fā)展起來的一門新的傳感技術，早期的研究大多集中在多孔硅薄膜的電學特性變化來實現(xiàn)對易揮發(fā)有機氣體的探測。但是在惡劣環(huán)境下電學接觸會引發(fā)爆炸或火災，人們在完善多孔硅電子測量的同時也在尋求一種新的傳感模式從根本上解決這一問題，因此研究了以多孔硅光子晶體為核心的氣體傳感技術。 首先從多孔硅材料的物理學基礎入手，闡述了理論和實驗方法確定多孔硅光學常數(shù)的基本原理，給出了多孔硅光學常數(shù)的定義，利用Krame

2、rs-Kroning關系得到多孔硅材料光學常數(shù)之間的聯(lián)系，以一維光子晶體傳輸矩陣方法為基礎，研究了三種典型結(jié)構(gòu)的一維多孔硅光子晶體的光學傳輸特性，利用Matlab仿真的方法，討論了光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)、入射角以及缺陷層引入方式對光子晶體反射特性的影響，得出了一些具有一定意義的結(jié)論，為設計多孔硅光子晶體器件以及光學傳感器件提供了重要的理論基礎。 深入研究了有機蒸汽分子在多孔硅材料中的吸附特性，根據(jù)吸附等溫線的遲滯性，確定毛細冷凝為主要

3、的吸附機制，提出兩種有機蒸汽分子在多孔硅光子晶體結(jié)構(gòu)中的滲透模型，并驗證了均勻吸附模型的正確性。在此基礎上，以一維多孔硅光子晶體中的單微腔結(jié)構(gòu)作為研究對象，建立其有機蒸汽傳感理論模型，并進行了數(shù)值模擬。 采用脈沖電化學腐蝕法制備出性能優(yōu)良的多孔硅層，并建立了多孔硅反射譜測量系統(tǒng)，測量多孔硅反射譜，根據(jù)推導的各種光學常數(shù)間關系，從實驗的角度確定了實驗用多孔硅樣品的光學特性譜圖，論述入射波長和孔隙率對其光學性能的影響，為進一步優(yōu)化多

4、孔硅光學性能，研究基于光學特性的多孔硅氣體傳感器打下了基礎。 最后，對實驗參數(shù)進行正交優(yōu)化，采用脈沖電化學腐蝕方法制備多孔硅微腔樣品；設計了多孔硅微腔的實驗傳感系統(tǒng)，以幾種易燃易爆有機蒸汽作為測試對象，利用設計的反射譜光學測量系統(tǒng)對有機蒸汽種類、蒸汽濃度以及傳感響應特性進行了實驗研究，證明了多孔硅微腔作為一種新型的光學傳感器可實現(xiàn)對有機蒸汽種類和濃度的測量。 理論和實驗結(jié)果表明，利用多孔硅光學特性-反射譜的漂移特性研究多