应用于中红外波段的多孔氧化硅一维光子晶体研究

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。

目录

文摘

英文文摘

第1章导论

1.1光子晶体简介

1.2红外热释电探测技术

1.3本论文拟开展的研究方案及可行性分析

1.4本论文的主要工作

第2章多孔氧化硅一维光子晶体原理及制备

2.1多孔硅的形成机理

2.2多孔硅在一维光子晶体的应用

2.3多孔氧化硅一维光子晶体原理

2.4多孔氧化硅一维光子晶体试验设备与原理

2.5多孔氧化硅的一维光子晶体制备工艺流程

2.6多孔氧化硅一维光子晶体制备工艺的参数讨论

2.7最佳氧化时间的寻找

2.8本章小结

第3章中红外波段多孔氧化硅一维光子晶体设计

3.1多孔氧化硅一维光子晶体折射率的计算

3.2多层膜生长速率的测定

3.3多孔氧化硅一维光子晶体的理论模拟与实验拟合

3.4多孔氧化硅一维光子晶体的禁带模拟

3.5本章小结

第4章多孔氧化硅一维光子晶体的氧化行为研究

4.1微观结构的分析

4.2光学性质的测试与分析

4.3氧化对晶粒尺寸的影响

4.4本章小结

第5章工作在远红外波段的多孔氧化硅一维光子晶体的初步探讨

5.1制作的意义

5.2制作步骤

5.3微结构及红外反射谱分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

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