文档介绍：安徽大学
硕士学位论文
声表面波气体传感器的性能研究与验证
姓名:蔡勋
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:陈军宁;李冬梅
2010-05
摘要
摘要
声表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)气体传感器由于具有灵敏度高、稳定
性好、体积小、成本低等特点,受到学术界和企业的广泛关注,成为目前传感器
研究领域的热点。敏感膜作为 SAW 气体传感器测试气体的核心部分,其灵敏度、
稳定性、选择性等是影响传感器性能的重要因素。但由于受 SAW 结构设计和制
备工艺的限制,其性能还不能够尽如人意,尤其高性能 SAW 延迟线加工难度大,
对微细加工水平要求很高,难以批量化生产,现有的工艺水平更制约了器件的高
频化和在设计上的灵活性。本文给出了一种 SAW 传感器的设计的选择,并针对
其特殊结构和对工艺的要求,将电子束光刻、X 射线光刻和剥离技术相结合,成
功研制了频率为 120MHz 的双通道 SAW 延迟线传感器器件。利用 SAW 传感器
器件进行了 NO2 气体测试。在室温下蒸镀 Te 敏感膜可以测出 10ppm 的 NO2 气体,
这也为以后 SAW 传感器的实用化道路做了进一步的探索。
课题主要研究内容包括:
SAW 气体传感器的发展概况进行了综述;介绍了国内与国外 SAW 气体
传感器的发展现状,并讨论了 SAW 传感器的研究趋势,为 SAW 传感器的研究
做了铺垫。
SAW 传感器的基本理论:瑞利波及其在压电介质中的性质、声表
面波的产生和接收的原理、叉指换能器(IDT,Inter-Digital Transducer)特性及参数
分析。为掌握器件特性和研制做准备。
Q 值及低插损 SAW 延迟线传感器设计参数的选择,包括基片材
料和电极材料的选择、振荡器的设计、温度稳定性等问题。研究了 SAW 传感器
的加工工艺和敏感膜的涂覆方法,制定合理的 SAW 传感器和敏感膜的选择技术
路线。
SAW 传感器吸附气体的原理,分析了敏感膜与传感器性能之间的
关系,选择 Te 敏感膜作为测试 NO2 气体的材料,在室温下进行测试灵敏度能达
到 10ppm,并且响应时间和回复时间都较短,分析了 Te 敏感膜吸附 NO2 气体的
原理,利用 AFM、XRD 等分析验证其原理。
关键词:声表面波传感器,叉指换能器,敏感膜,测试,灵敏度
I
声表面波气体传感器的性能研究与验证
Abstract
Surface Acoustic Wave (SAW) gas sensor has drawn great attention in academic
and industrial fields because of its rapid response to time, high sensitivity, Stability,
small size, low cost, etc. It has long being a hot topic in the field of sensor research.
As a sensitive film SAWgas sensor testing of gas in the central part of its sensitivity,
stability, selective, performance of the sensor important factors. However, due to the
SAW design and production processes, their performance is not satisfactory,
particularly high performance SAW Delay Line Processing difficulties, the tiny
processing level is very high, it is difficult to set quantified production, the existing
level of skills more restrained ponents of the high frequency and the design
flexibility. In this paper, a SAWsensor design choices and for its special structure and
to process the request, e-beam lithography, X