中文引用格式：何子涵，张忠阳，靳麟. 基于光声效应的痕量氟化氢的传感技术研究［J］.集成电路应用，2026，43（3）：37-43.
英文引用格式：He Zihan，Zhang Zhongyang，Jin Lin. Research on trace hydrogen fluoride sensing technology based on the photoacoustic effect［J］.Application of IC，2026，43（3）：37-43.
引言
氟化氢(HF)作为一种高毒性、强腐蚀性的工业气体，其在化工生产、半导体制造等过程中的痕量泄漏监测，对化工、半导体等领域的安全生产至关重要。然而，现有主流检测技术在灵敏度、选择性及系统微型化方面仍存在局限：电化学传感器易受交叉干扰且寿命有限；傅里叶变换红外光谱(FTIR)系统体积庞大、难以集成；基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的方法虽灵敏度高，但痕量HF检测常需长光程，不利于系统紧凑性与响应速度，难以适用于空间受限或快速巡检场景［1-3］。虽然石英增强光声光谱(QEPAS)技术通过使用石英音叉实现了更高的集成度与灵敏度，在甲烷等气体检测中展现出优势［4］，但其在痕量HF检测中仍面临选择性、环境干扰与系统集成等挑战［5］。
太赫兹波位于微波与红外之间，其光子能量低，对许多非极性材料穿透性好，且位于许多极性分子的“指纹”振动-转动光谱区，在无损检测、物质鉴别与光谱分析等领域展现出独特优势［6］。光声光谱技术主要分为基于声学共振腔与麦克风的探测方案，以及基于石英音叉的增强探测方案。其中，石英增强光声光谱技术因其更高的集成度和灵敏度，在甲烷等气体检测中得到了深入研究与应用［7］。光声光谱(PAS)技术通过探测气体吸收调制光后产生的声波信号，实现了灵敏度与吸收光程的解耦，为微型化高灵敏度气体传感提供了新途径，已在中红外波段实现高灵敏度气体检测［8］。将PAS技术拓展至太赫兹频段，可充分利用HF分子在该区域的强指纹谱线，从物理原理上保障高选择性，同时有望突破传统光学传感在微型化与灵敏度上的矛盾。然而，构建完整的太赫兹光声传感系统仍面临多重挑战：复杂的光-热-声-电多物理场耦合、微型高Q值共振腔的优化、环境干扰的精确抑制，以及微型密封腔体特有的标定与测试难题。
针对上述挑战与空白，通过系统的理论建模与多物理场仿真，构建了一套完整的基于1.22 THz光声光谱的微型化HF传感系统设计方案。本研究的核心贡献在于：(1)通过选取HF在太赫兹波段的强指纹吸收谱线(1.22 THz)，从源头保障了高选择性，克服了近红外方法中常见的光谱干扰问题；(2)基于多物理场仿真设计并优化了密封式圆柱形共振腔，理论品质因数达105.6，相比于非共振光声池可显著增强信号，为实现系统微型化与灵敏度提升奠定了物理基础；(3)通过全链路多物理场仿真，实现了从太赫兹吸收、声场激发到信号响应的全过程性能预测与优化，为后续硬件实现提供了可靠的理论依据与设计指导。
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何子涵1，张忠阳2，靳麟2
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