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声表面波气体传感器的性能研究与验证

作　者: 蔡勋
导　师: 陈军宁；李冬梅
学　校: 安徽大学
专　业: 电路与系统
关键词: 声表面波传感器 叉指换能器 敏感膜 测试 灵敏度
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 199次
引　用: 1次
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内容摘要


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：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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 研究课题背景  8-9
  1.2 SAW传感器研究情况  9-11
    1.2.1 SAW传感器发展历程  9-10
    1.2.2 国外SAW传感器研究现状  10
    1.2.3 国内SAW传感器研究现状  10-11
    1.2.4 SAW传感器研究趋势  11
  1.3 论文工作的目的  11-12
  1.4 论文的结构安排  12-13
第二章 SAW传感器的基本理论  13-26
  2.1 声表面波基本原理  13-17
  2.2 各向异性压电基体上的瑞利波  17-19
  2.3 压电材料中SAW激励和接收  19
  2.4 叉指换能器  19-23
    2.4.1 叉指换能器基本性质  19-22
    2.4.2 叉指换能器的加权  22-23
  2.5 叉指换能器的二阶效应  23-25
    2.5.1 叉指电极的反射效应  23-24
    2.5.2 压电再生效应  24
    2.5.3 体波的激发效应  24-25
  2.6 本章总结  25-26
第三章 SAW传感器器件的设计  26-40
  3.1 SAW传感器基片材料的选择  26-28
  3.2 SAW传感器振荡器选择  28-30
  3.3 叉指换能器电极材料的选择  30-31
  3.4 双通道传感器结构  31
  3.5 SAW传感器加工工艺  31-39
    3.5.1 SAW器件加工工艺  32-38
    3.5.2 敏感薄膜的涂覆  38-39
  3.6 本章总结  39-40
第四章 SAW传感器性能测试  40-50
  4.1 SAW传感器吸附气体原理  40-41
  4.2 SAW传感器性能指标与敏感膜的关系  41-43
    4.2.1 敏感膜与传感器的选择性关系  41-42
    4.2.2 敏感膜与传感器的可逆性和稳定性关系  42
    4.2.3 敏感膜与传感器的响应时间关系  42
    4.2.4 敏感膜与传感器性能其他关系  42-43
  4.3 SAW传感器NO2气体测试  43-49
    4.3.1 SAW传感器测试步骤  43-46
    4.3.2 SAW传感器测试结果与分析  46-49
  4.4 本章总结  49-50
第五章 课题总结与展望  50-51
  5.1 论文工作总结  50
  5.2 未来研究展望  50-51
参考文献  51-56
致谢  56-57
攻读学位期间发表的学术论文  57

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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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