声表面波气体传感器的性能研究与验证

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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:1.对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。2.介绍了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。3.研究了高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。4.研究了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。
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