基于声表面波谐振式无源无线压力传感器的研究

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压力传感器在传感器市场占有很大的份额。声表面波压力传感器以高灵敏度、高Q值、体积小、制造成木低、易于集成及可无源无线测量等优势,在传感器应用领域具有极大的优势和应用前景。因此对于声表面波压力传感器的研究具有重要的意义。本文研究了声表面波的相关理论,器件的工作原理。对比了常用于SAW器件的压电材料的特性,如机电耦合系数,声表面波波速、温度系数等,为基片的优化选择提供了依据。在此基础上,研究了器件的结构参数,如IDT与反射栅相关结构与尺寸、金属薄膜厚度等。进一步采用有限元分析软件COMSOL Multiphysic对压电基片进行了建模及受力分析,以确定谐振器最佳放置位置以使器件灵敏度最高。然后建立SAW谐振器模型,对其进行了特征频率分析、频率响应分析,研究了载荷对频率响应的影响、声孔径对频率响应的影响等,为器件的合理设计奠定了理论基础。研究了SAW器件的微加工工艺,完成器件的制作。通过对比电子枪蒸发及磁控溅射镀膜方式,分析了二者在SAW传感器制作工艺中的优劣;研究光刻胶旋涂工艺,确定了相关参数;研究激光直写工艺及刻蚀工艺,保证器件的质量。通过网络分析仪对所加工器件进行测试,结果显示与设计偏差很小,具有较强的可用性。本文所进行的机理及实验性研究对于SAW压力传感器的实用化以及市场化打下了坚实的基础。
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