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《东华大学》 2013年
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纳米多孔硅光波导器件的制备及其特性研究

强薇  
【摘要】:多孔硅已成为光化学、生物传感器的理想材料。这是因为多孔硅材料具有大的比表面积,对化学和生物分子具有很强的吸附能力,而且纳米多孔硅对生物组织具有低毒性、共生性和兼容性,以及易于集成和微型化,以及制作工艺简单等多方面的优势。 目前,已有多种多孔硅光子器件应用于光生物化学传感领域。纳米多孔硅光传感器的基本传感原理在于,吸附在多孔硅表面或渗透到多孔硅小孔里的分子与其匹配的共轭分子、配位体相结合,会引起多孔硅表面的折射率变化,从而引起传感器相应输出信号的变化。因此,研究多孔硅折射率变化和纳米多孔硅器件结构对于提高纳米多孔硅光生物化学传感器的灵敏度具有重要的科学意义。本文利用电化学腐蚀的方法制备多孔硅。并且利用Bruggeman模型和掺杂半导体折射率修正模型对多孔硅的折射率进行了分析。研究了多孔硅的折射率和孔隙率、腐蚀电流密度和腐蚀时间之间的关系。同时,制备了具有周期性结构的Bragg反射镜和三层波导。最后,研究了用激光直写的方法制备的纳米多孔硅光栅的传感特性。主要内容包括: 1.利用Bruggeman模型计算了多孔硅的折射率,研究了多孔硅折射率与孔隙率、腐蚀电流密度和腐蚀时间之间的关系:随着孔隙率的增加.多孔硅的折射率呈线性减小趋势。而孔隙率受到腐蚀时间和电流密度的影响,直接影响多孔硅折射率。 2.用椭偏仪测量了纳米多孔硅折射率,并与用Bruggeman模型计算后经过半导体折射率修正模型修正后的折射率进行比较。修正后的计算结果更接近与实验测量结果。可知纳米多孔硅的折射率与它的掺杂浓度有一定关系。 3.用电化学腐蚀的方法,根据Bragg条件和纳米多孔硅折射率的调控方法,通过选择合适的腐蚀电流密度,制备了折射率周期性变化的Bragg反射镜,以及三层纳米多孔硅波导层。 4.以激光直写技术制备的平面光栅(周期为4μm/占空比为1.2:2.8)作为传感器,研究纳米多孔硅平面光栅的传感特性,分别采用了实验室常见的有机溶剂:无水乙醇、甲醇和丙酮作为传感介质。入射角分别为15°、16°、17°、18°在反射光斑的第0级衍射级上,测试了浓度为0.15%,0.1%,0.067%,0.05%,0.033%,0.025%的酒精、甲醇、丙酮的反射光强的变化。其中相同溶液以不同的角度入射后,反射光强不同。实验显示在17°时光强最强,说明该光栅对酒精、甲醇、丙酮在17°为入射角是最敏感。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN814

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