多孔硅氣體傳感器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、多孔硅薄膜傳感技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)嶄新的傳感器技術(shù)。早期的傳感技術(shù)研究大多集中在多孔硅的電學(xué)特性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)易揮發(fā)有機(jī)氣體的探測(cè)。但是在惡略環(huán)境下，電學(xué)接觸會(huì)引發(fā)爆炸或火災(zāi)。因而，基于多孔硅光學(xué)特性的硅傳感技術(shù)研究具有很大的應(yīng)用價(jià)值。 本文首先從多孔硅光學(xué)特性參數(shù)的概念入手，利用Kramers-Kroning關(guān)系得到這些光學(xué)參數(shù)之間的聯(lián)系；用光度法推導(dǎo)出利用多孔硅的反射譜求取光學(xué)常數(shù)的過(guò)程。 然后，文章采

2、用制備出性能優(yōu)良的多孔硅，并搭建多孔硅反射譜測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量其反射譜；根據(jù)推導(dǎo)的光學(xué)常數(shù)間關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)的角度確定了實(shí)驗(yàn)用多孔硅試樣的光學(xué)特性譜圖，從而得出入射波長(zhǎng)和孔隙率對(duì)其光學(xué)性能的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化多孔硅光學(xué)性能，研究基于光學(xué)性能的多孔硅氣體傳感器打下基礎(chǔ)。 最后，以幾種易揮發(fā)、易爆炸有機(jī)氣體為例，利用多孔硅反射譜的漂移進(jìn)行了多孔硅作為氣體傳感器實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)，將多孔硅看作一維光子晶體，利用傳輸矩陣的方法仿真了多孔硅氣體傳感器

3、的反射譜及有機(jī)氣體作用后的反射譜特性。 多孔硅的性能不穩(wěn)定，且反射譜帶寬很大，所以利用多孔硅的反射譜漂移探測(cè)有機(jī)氣體，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的誤差。因而，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)的各方面進(jìn)行了改善。采用脈沖電化學(xué)腐蝕方法制備多孔硅，用正交實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并運(yùn)用陽(yáng)極氧化表面處理技術(shù)對(duì)多孔硅進(jìn)行后處理，采用多孔硅微腔來(lái)進(jìn)行多孔硅的傳感特性研究。 與以往的研究相比，利用光學(xué)特性－反射譜的漂移研究多孔硅傳感技術(shù)是一種光學(xué)無(wú)電測(cè)量方法，避免了由