聲表面波氣體傳感器的研究.pdf

1、聲表面波(SAW)氣體傳感器是一種新型的傳感器，SAW氣體傳感器有很多突出的優(yōu)點，例如測量氣體時精度高、分辨率高，對外界干擾的抵抗能力較強，較為穩(wěn)定，同時容易集成并且功耗小等特點。其結構主要是由壓電材料，以及壓電材料上用于激發(fā)或者接收聲表面波的叉指換能器(IDT)，還有位于叉指換能器之間的氣敏吸附膜構成。氣敏吸附膜不同，所能吸附檢測的氣體就不同。由于氣敏吸附膜在吸附氣體前與吸附氣體后的質量效應、彈性模量和電導率的變化，叉指換能器激發(fā)的聲

2、表面波在一些物理特性上，如頻率、振幅、相位等是會發(fā)生改變的。SAW氣體傳感器正是利用氣敏吸附膜的不同以及聲表面波在SAW氣體傳感器吸附氣體前后物理特性差異的程度來探測氣體的種類和濃度。
　　 應用于SAW氣體傳感器的諧振器主要的三個技術參數是，靈敏度、Q值和頻率穩(wěn)定性。由于吸附待測氣體成分后引起諧振器頻移正比于諧振器的中心頻率平方，這就要求SAW諧振器具有很高的中心頻率(GHz);要精確的分辨出SAW諧振器中心頻率的微小偏移（即

3、有很高的測量分辨率），就要求SAW諧振器具有很高的Q值;SAW諧振器中心頻率會隨溫度而變化，影響SAW諧振器頻率穩(wěn)定性，頻率溫度系數(TCF)是量度SAW諧振器頻率穩(wěn)定性最重要參數，SAW諧振器基片應該有很低的頻率溫度系數(TCF)，以最大限度的減小中心頻率隨溫度變化的漂移。
　　 本文在論述聲表面波氣體傳感器工作原理的基礎上，通過對幾種常用壓電材料的比對，充分考慮SAW氣體傳感器在應用領域的要求，決定采用氮化硼(BN)作為壓電

4、材料制備壓電薄膜。氮化硼是Ⅲ-Ⅴ族化合物，共價鍵結合，比較常見的是立方氮化硼(c-BN)和六角氮化硼(h-BN)。兩者均可作為壓電材料，應用于SAW器件。
　　 射頻磁控濺射是制備BN的主要手段之一，但要得到純凈的c-BN或者h-BN是比較困難的，在制備的過程中立方相和六角相總會各占一部分比例。本文用射頻磁控濺射的方法在硅襯底上制備BN薄膜，通過正交試驗分析，以c-BN和h-BN的含量為指標，分別優(yōu)化了用射頻磁控濺射的方法制備c

5、-BN和h-BN薄膜的工藝條件。實驗利用傅里葉變換紅外光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)，原子力顯微鏡(AFM)和壓電力顯微鏡(PFM)對制備的薄膜進行了表征。實驗結果表明，當射頻磁控濺射的工藝參數為:襯底溫度為575℃，氮氬比為8∶8，濺射功率300W，襯底負偏壓-100V時，可以得到較純凈的c-BN;襯底溫度為450℃，氮氬比4∶12，濺射功率200W或250W，襯底負偏壓-125V時，可以得到較純凈的h-BN。并且制備的c-BN和h-