多孔SiO₂气凝胶薄膜具有与气凝胶块材相同的纳米级孔洞、高孔隙率和高比表面积等结构特征,因此其同样具有低热导率、低声速、低介电常数和折射率可调等性能特点。同时,由于薄膜特有的与微电子器件兼容性高、方便大面积制备以及易转移等特点,使其能够与传统的硅基工艺集成。因此,SiO₂气凝胶薄膜在微电子器件与微加工领域具有极大的应用潜力,目前已被广泛应用在声阻抗匹配器件、非制冷红外器件、有机发光二极管和半导体器件中。然而,常规的溶胶凝胶法制备气凝胶过程复杂、缓慢,而气凝胶本身机械强度差,结构可控性差,易受潮。这些因素成为了限制其更广泛应用的主要原因。本论文主要针对SiO₂气凝胶薄膜在制备过程中和应用过程中遇到的问题进行了深入研究。通过对溶胶凝胶法制备SiO₂气凝胶薄膜过程的研究,成功制备出具有不同厚度的单层和多层SiO₂气凝胶薄膜。了解了不同催化剂对反应的影响和前驱体粘度对成膜质量的影响等问题。通过瞬态热丝法测试和ANSYS仿真了解了薄膜的绝热性能。在不同厚度的SiO₂气凝胶薄膜表面分别制备出热释电红外探测器,通过对器件性能的对比验证了薄膜良好的绝热能力。随后采用全集成工艺在SiO₂气凝胶薄膜表面进行了热释电红外探测器阵列制备的探索并成功在单片上制作出具有不同敏感元面积的热释电红外探测器小阵列器件,并验证了敏感元探测性能的一致性。本论文还针对SiO₂气凝胶薄膜独特的结构特性的应用进行了探究。利用它作为纳米模板,成功制备出亚微米尺寸的阻变存储器点阵。通过电学测试和结构表征等手段对该存储器性能进行了分析和讨论,对其导电机理进行了深入探究。1、本论文采用多步催化的方法,制备出具有较高孔隙率（>90%）的二氧化硅气凝胶薄膜,研究了不同催化剂对溶胶液反应速率的影响。通过控制前驱体粘度和匀胶参数,制备出厚度（300nm-1000nm）、表面形貌、折射率（1.04-1.18）不同的薄膜。通过表面处理工艺,在常压干燥下得到具有良好疏水性的气凝胶薄膜,解决了其易受潮的问题。随后通过瞬态热丝法测得该薄膜具有超低的热导率（0.032W/mK）,通过ANSYS软件模拟了器件的纵向热传导问题,认为800nm左右的SiO₂气凝胶薄膜具有良好的绝热效果。2、利用气凝胶优异的绝热性能,在其表面制备出具有良好探测性能的热释电红外传感器单元。期间解决了集成化工艺中所遇到的如多层结构制备困难、探测率性能不稳定等问题。对比了不同厚度气凝胶上制备的热释电红外探测器的探测性能,发现780nm的SiO₂气凝胶薄膜上制备的探测器性能最优,验证了780nm的二氧化硅气凝胶薄膜能够起到良好的绝热作用。随后在SiO₂气凝胶薄膜表面制备出敏感元面积不等的热释电红外探测器小阵列。期间通过引入平坦层的方法解决了气凝胶表面粗糙度问题。以上电极为掩膜,通过湿法腐蚀方法解决了热释电复合材料的图形化问题。之后对不同面积的探测器单元的探测性能进行了比较,验证了不同面积的敏感元探测性能的一致性。3、利用气凝胶孔洞结构可调控和易在不同基片上成膜的特性,将具有规则亚微米级孔洞的气凝胶作为模板,制备出性能优异的阻变存储器单元和点阵。得到的阻变存储器件具有规则的圆柱形结构,其直径也与气凝胶孔径大小相似。对阻变存储器的阻变特性进行了测试和分析后发现,该器件具有高开关比（>10⁴）,高保持特性（>600min）和极低的开启电压（<0.1V）等优异的阻变性能。同时结合微观结构和化学状态的表征,对其阻变机理进行了分析和阐述,提出了一个具有启发性的导电模型。同时,利用该模型解释了在该器件中观察到的多级阻变现象。