基于電子束曝光技術(shù)的L-波段高頻聲表面波傳感器的研究.pdf

1、諧振型聲表面波傳感器因具有體積小、測(cè)量精度高、易于無(wú)線無(wú)源化等特點(diǎn)，能夠勝任封閉狹窄環(huán)境及高速轉(zhuǎn)部件等復(fù)雜條件下的溫度、壓力、振動(dòng)、濕度、應(yīng)變等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量。目前，諧振型聲表面波傳感器多工作在P波段，器件和天線的尺寸相對(duì)較大，靈敏度相對(duì)較低。為滿足無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳感器件微型化和無(wú)線無(wú)源化的需求，有必要對(duì)工作頻段更高、特征尺寸為亞微米量級(jí)的諧振型聲表面波傳感器的設(shè)計(jì)和制造開(kāi)展深入研究。
　　本文首先闡述了諧振型聲表面波傳感器的核心

2、部件—聲表面波諧振器(SAWR)的工作原理。針對(duì)高頻SAWR中存在顯著二階效應(yīng)的特點(diǎn)，借助包含多種二階效應(yīng)的COM模型和兩種有限元模型對(duì)128°Y-X LiNbO3和42°Y-X LiTaO3基底上的L波段SAWR進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬，研究了二階效應(yīng)對(duì)器件響應(yīng)的影響。為了使SAWR更易于集成，并進(jìn)一步提高靈敏度，本文采用電子束曝光圖形化方法，配合電子束蒸發(fā)和剝離工藝，開(kāi)展亞微米特征尺寸的微型SAWR器件的制作。通過(guò)大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究了抗蝕劑厚度

3、、金屬沉積、掃描方式、曝光劑量等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)高質(zhì)量柵狀電極制備的影響，并對(duì)鄰近效應(yīng)的校正進(jìn)行了研究，成功地在128°Y-X LiNbO3和42°Y-X LiTaO3基底上制作了L波段SAWR(整體尺寸小于0.5mm2和1mm2)，掌握了制作亞微米特征尺寸SAWR的工藝方案。最后，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)上述器件進(jìn)行了測(cè)試，并開(kāi)展了初步的溫度和應(yīng)變傳感研究。測(cè)試表明，128°Y-X LiNbO3上SAWR的諧振頻率為1.56GHz，溫度靈敏度為1

4、25.4kHz/℃，是433MHz頻段類似器件的4倍，應(yīng)變靈敏度為831Hz/με。42°Y-X LiTaO3上SAWR的諧振頻率為1.03GHz，溫度靈敏度為25.3kHz/℃。在室溫到+250℃的范圍內(nèi)，兩者溫度-頻率特性的線性度良好。
　　本文設(shè)計(jì)了兩種壓電基底上的L波段SAWR，用包含二階效應(yīng)的有限元模型和COM模型的相結(jié)合方法對(duì)器件進(jìn)行了模擬和優(yōu)化;工藝方面，解決了SAWR圖形的精確曝光與密集柵狀結(jié)構(gòu)的可靠剝離問(wèn)題，總結(jié)