多層結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、聲表面波技術(shù)是一門結(jié)合聲學(xué)、壓電材料以及微電子技術(shù)等為一體的新技術(shù)。基于聲表面波技術(shù)的傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，具有無(wú)源無(wú)線、安全穩(wěn)定、靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在諸如高壓電氣開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方面得到了初步應(yīng)用。
　　與傳統(tǒng)聲表面波器件僅有單一的基底材料相比，多層結(jié)構(gòu)聲表面波器件在基底材料上鍍了不同材料的薄膜，這樣可以有針對(duì)性的改善傳統(tǒng)聲表面波器件機(jī)電耦合系數(shù)較低等的一些缺陷，提高器件的性能，并增加了許多其他特性。目前多層結(jié)構(gòu)聲表面波器件

2、主要用于通信和信號(hào)處理領(lǐng)域。本文將其應(yīng)用于傳感領(lǐng)域，研究其性能特性，并制作和測(cè)試ZnO/石英結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器。
　　本文的主要內(nèi)容分為三部分：
　　第一部分為多層結(jié)構(gòu)器件中聲表面波的傳播特性的研究。從質(zhì)點(diǎn)的受力分析出發(fā)，結(jié)合力學(xué)與電磁學(xué)定律，我們推導(dǎo)了壓電材料中聲表面波的傳播速度求解方法，并以此為基礎(chǔ)得到多層結(jié)構(gòu)器件中描述聲表面波傳播特性的狀態(tài)方程以及其求解方法。接著利用以上理論得到了表面有效介電常數(shù)、頻散曲

3、線以及機(jī)電耦合系數(shù)等的表達(dá)式，并計(jì)算了ZnO/石英結(jié)構(gòu)的聲表面波器件中的上述特性。
　　第二部分是對(duì)多層結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器進(jìn)行仿真與設(shè)計(jì)。使用有限元（FEM）軟件對(duì)以上結(jié)構(gòu)器件進(jìn)行了建模和仿真，以研究叉指換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)器件性能的影響。接著根據(jù)多層結(jié)構(gòu)器件的頻散特性改進(jìn)了傳統(tǒng)δ函數(shù)模型，利用改進(jìn)后的模型對(duì)器件進(jìn)行了仿真和設(shè)計(jì)。最后對(duì)制作出的多層結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器進(jìn)行了測(cè)試，然后分析了測(cè)試中出現(xiàn)問題的可能原因。