Temperatureinfluss auf die Peakposition bei verschiedenen Umgebungsmedien in Porösen Silizium Multilayerschichten

Abstract:
Dieser Beitrag befasst sich mit der Temperaturabhängigkeit eines optischen Sensors zur Bestimmung der Brechungsindizes von flüssigen oder gasförmigen Medien (Refraktometer) unter verschiedenen Umgebungsmedien. Das Sensorprinzip beruht auf einer nanostrukturierten Multischicht aus porösem Silizium, die einen Bragg Distributed Reflector (DBR) bildet. Daher wird nur in einem engen Wellenlängenbereich Licht reflektiert. Bei Porenfüllung mit gasförmigen oder flüssigen Medien verschiebt sich die zentrale Peaklage (Rotverschiebung), da sich der effektive Brechungsindex im porösen Material ändert. Dieser Effekt wird für hochpräzise Konzentrationsmessungen verwendet, wobei die Messbedingungen und Umgebungsmedien einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben. In diesem Beitrag wurde das Verhalten und Verschiebung der zentralen Peaklage bei unterschiedlichen Temperaturen von 25 bis 70 °C in Normalatmosphäre, unter DI-Wasser und unter Inertgas (N2) Atmosphäre untersucht. Dabei wurde eine lineare Blauverschiebung in Normalatmosphäre mit Sättigung bei ca. 50Grad C und im DI-Wasser eine geringere lineare Verschiebung ohne Sättigung gefunden. Bei Stickstoffatmosphäre bleibt die Peakposition nahezu konstant. Weiterhin wurde die Ausbildung einer Hysterese durch Adsorptions- und Desorptionsprozesse beobachtet.