多孔硅薄膜传感技术是20世纪90年代发展起来的一门崭新的传感器技术。早期的传感技术研究大多集中在多孔硅的电学特性变化来实现对易挥发有机气体的探测。但是在恶略环境下,电学接触会引发爆炸或火灾。因而,基于多孔硅光学特性的硅传感技术研究具有很大的应用价值。 本文首先从多孔硅光学特性参数的概念入手,利用Kramers-Kroning关系得到这些光学参数之间的联系;用光度法推导出利用多孔硅的反射谱求取光学常数的过程。 然后,文章采用制备出性能优良的多孔硅,并搭建多孔硅反射谱测量系统,测量其反射谱:根据推导的光学常数间关系,从实验的角度确定了实验用多孔硅试样的光学特性谱图,从而得出入射波长和孔隙率对其光学性能的影响,为进一步优化多孔硅光学性能,研究基于光学性能的多孔硅气体传感器打下基础。 最后,以几种易挥发、易爆炸有机气体为例,利用多孔硅反射谱的漂移进行了多孔硅作为气体传感器实验研究。同时,将多孔硅看作一维光子晶体,利用传输矩阵的方法仿真了多孔硅气体传感器的反射谱及有机气体作用后的反射谱特性。 多孔硅的性能不稳定,且反射谱带宽很大,所以利用多孔硅的反射谱漂移探测有机气体,会给实验带来很大的误差。因而,本文对实验的各方面进行了改善。采用脉冲电化学腐蚀方法制备多孔硅,用正交实验方法优化实验参数,并运用阳极氧化表面处理技术对多孔硅进行后处理,采用多孔硅微腔来进行多孔硅的传感特性研究。 与以往的研究相比,利用光学特性一反射谱的漂移研究多孔硅传感技术是一种光学无电测量方法,避免了由于传感器的电信号引起的气体爆炸,简单易行,测量精度高。