应用于中红外波段的多孔氧化硅一维光子晶体研究

作     者：王哲津 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王连卫;徐少辉

授予年度：2007年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：光子晶体 热释电探测器 布拉格反射镜 多孔硅 多孔氧化硅 孔度 折射率 阳极氧化 快速热氧化 红外反射谱 喇曼谱 

摘      要：衬底的绝热结构和红外辐射的阻断方式构成了影响非制冷红外焦平面探测器阵列的分辨率和探测率等性能提高的主要因素,本论文探索利用阳极氧化方法构建多孔硅一维多层结构,采用快速热氧化,使孔度高的部分完全氧化而孔度低的部分不完全氧化,由此两部分构成光子带隙在红外波段的部分氧化了的多孔硅光子晶体材料,并利用这种材料作为制作非制冷红外焦平面探测器阵列的衬底。研究内容还包括不同氧化条件对不同孔度多孔硅的光学性质的影响,以及根据单层氧化了的多孔硅光学性质对光子晶体材料的设计,鉴于多孔氧化硅材料本身具有绝热特性,因此它既能对特定红外波段的辐射实现阻断,又具有隔热特性,是一种理想的衬底材料。 论文第一章对光子晶体和非制冷红外热释电探测器的概念进行了扼要的阐述,介绍了目前基于多孔硅的一维光子晶体的发展现状以及存在的主要问题,由此引出本论文的主要研究内容。 论文第二章主要论述了多孔氧化硅一维光子晶体的制备方法。探讨了电流密度、电解液、氧化时间等因素对氧化后结构的影响,并找出了最佳氧化时间。 论文第三章根据得到的最佳氧化条件,采用传输矩阵的方法对中红外波段的一维光子晶体进行设计,并对其光学结构参数进行了讨论,如:周期数、折射率之比和中心波长等。接下来对多孔硅多层膜及部分氧化的多孔硅多层膜的红外反射谱进行了研究。文中分析了氧化前后的反射谱的移动变化及与MATLAB拟合的结果对比,分析了形成光子带隙的条件。 论文第四章从实验验证了多孔氧化硅一维光子晶体。采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外分析仪及喇曼散射谱对多孔氧化硅一维光子晶体进行了定量和定性的分析。 论文第五章对远红外至可见光波段的反射镜进行了初步探讨。 最后,对全文工作进行了总结。