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声表面波二氧化氮气体传感器的研究

作　者: 周文
导　师: 陈军宁
学　校: 安徽大学
专　业: 电路与系统
关键词: SAW传感器 叉指换能器 敏感薄膜 测试
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要


声表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)气体传感器越来越受到广泛的关注,现已成为气体传感器的研究热点之一,因为SAW气体传感器具有很多独特的优势,例如精度高、稳定性好、体积小、易于集成化等。SAW气体传感器的核心是敏感膜,敏感膜材料的灵敏度、稳定性、选择性等决定了传感器的性能。但是国内SAW技术起步较晚并且制备器件的工艺落后,所以制作出来的传感器并不能达到预期要求。本论文提出了一种设计SAW气体传感器的方法,有选择的结合电子束光刻、X射线光刻和剥离等技术工艺,研制出了一种双通道SAW延迟线传感器,并且我们最终确定该器件的频率为120MHz。最后利用该传感器研究了两种敏感膜材料：聚苯胺/多壁碳纳米管和三氧化钨/多壁碳纳米管,并用这两种敏感膜在室温下成功地检测了NO2气体。课题主要研究内容包括：(1)简单地介绍了SAW气体传感器的基本原理和背景知识；比较了国内外SAW技术的发展现状和发展趋势。(2)主要对SAW传感器做了理论分析,其中包括瑞利波及其在压电介质中的性质、声表面波的激发和接收。其中重点介绍了叉指换能器(IDT, Inter-Digital Transducer)的性质,这为后期器件的设计和制备打下了牢固的理论根基。(3)分析并设计了SAW传感器的各种参数的选择,其中主要包括基片材料、电极材料的选择、振荡器的设计、IDT的设计等问题。深入地研究了制作传感器的主要工艺过程和加工技术。(4)简单地介绍了SAW气体传感器的敏感膜及其成膜方式,研制了两种在室温下能够检测NO2气体的薄膜材料,并对传感器做了理论分析和表征,实验结果表明这两种敏感膜对NO2气体具有很好的灵敏性和稳定性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 背景介绍  8-9
  1.2 声表面波(SAW)传感器  9-11
    1.2.1 SAW传感器的工作机理  9-10
    1.2.2 国内外SAW气体传感器技术的发展现状  10-11
    1.2.3 SAW传感器的发展趋势  11
  1.3 论文的主要研究内容  11-13
第二章 SAW传感器的基础理论分析  13-27
  2.1 瑞利波的性质  13-16
  2.2 各向异性压电基体上的瑞利波  16-18
  2.3 声表面波的激发和接收  18-21
    2.3.1 正压电效应  18-19
    2.3.2 逆压电效应  19-20
    2.3.3 机电耦合系数  20-21
  2.4 声表面波叉指换能器  21-26
    2.4.1 叉指换能器的基本特性  21-23
    2.4.2 叉指换能器的二阶效应  23-25
    2.4.3 叉指换能器的常用加权方法  25-26
  2.5 本章总结  26-27
第三章 SAW传感器的设计与器件制作工艺  27-42
  3.1 SAW传感器的设计  27-34
    3.1.1 基底材料石英的选择  27-28
    3.1.2 叉指换能器的设计  28-30
    3.1.3 电极材料的选择  30-31
    3.1.4 振荡器的选择  31-33
    3.1.5 SAW气体传感器的双通道结构  33-34
  3.2 SAW传感器器件的制作工艺  34-41
    3.2.1 清洗  34-35
    3.2.2 光刻  35-38
      3.2.2.1 光学光刻  35-36
      3.2.2.2 电子束光刻  36-37
      3.2.2.3 X射线光刻  37-38
    3.2.3 刻蚀  38-39
    3.2.4 剥离  39-41
  3.3 本章总结  41-42
第四章 声表面波NO_2气体传感器的研究  42-58
  4.1 SAW气体传感器敏感膜的研究  42-46
    4.1.1 敏感膜的种类  43-45
    4.1.2 敏感膜的成膜方式  45-46
  4.2 SAW传感器检测NO_2气体的研究  46-56
    4.2.1 聚苯胺/多壁碳纳米管薄膜SAW传感器检测NO_2  46-50
      4.2.1.1 聚苯胺多壁碳纳米管薄膜的制备  46-47
      4.2.1.2 实验结果与讨论  47-50
      4.2.1.3 实验结论  50
    4.2.2 三氧化钨/多壁碳纳米管薄膜SAW传感器检测NO_2  50-56
      4.2.2.1 三氧化钨-多壁碳纳米管薄膜的制备  50-53
      4.2.2.2 WO_3/MCNT敏感膜厚度对检测的影响  53-54
      4.2.2.3 WO_3MCNT薄膜检测NO_2的分析  54-56
  4.3 SAW气体传感器的测试系统  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章 总结与展望  58-59
  5.1 论文工作总结  58
  5.2 未来研究的展望  58-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的学术论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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