【摘要】：聲表面波是一種沿著彈性固體表面?zhèn)鞑サ穆暡?最早被用于通訊、廣播、信號處理等領域。同時,由于聲表面波通常僅在器件表面的一個或數(shù)個波長深度內傳播,傳遞的聲波會對外界環(huán)境擾動極為敏感,可以用于各類物理、化學、生物信號傳感。使用聲表面波器件制成的傳感器性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、精度較高、成本低,還可以實現(xiàn)無線無源傳感,在物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)絡中具有廣闊的應用前景。本文首先介紹了單端口聲表面波諧振器的工作原理、器件結構和設計參數(shù),并對常用的聲表面波壓電材料進行了介紹。根據(jù)現(xiàn)有實驗條件,提出了基于氧化鋅壓電薄膜基底和鈮酸鋰單晶基底的聲表面波諧振器設計。為了確定器件的相關實驗參數(shù),對兩種不同基底進行了有限元仿真分析。在一定的設計參數(shù)支持下使用電子束曝光技術在氧化鋅壓電薄膜基底上制備了周期為2.4 μm的聲表面波諧振器,其中心頻率為1.02 GHz。使用反轉曝光技術在128°Y-X鈮酸鋰基底上制備了特征尺寸為8 μm的諧振器,其中心頻率為496 MHz。著重分析了使用AZ 5214E光刻膠進行反轉曝光時遇到的一些工藝問題,并提出了一些改進方案,掌握了微米級圖形反轉曝光的一些工藝參數(shù)。利用制備的鈮酸鋰基底聲表面波諧振器與3D打印壓力腔體相結合,可以實現(xiàn)溫度與壓力的集成傳感。在0～500kPa的氣壓變化下,實現(xiàn)了 0.14 MHz的頻率偏移,且線性度良好。利用氧化鋅基底的高頻聲表面波器件與二維納米片狀二硫化鑰材料相結合,實現(xiàn)了 365 nm和254 nm波段的紫外傳感。在1.466mW/cm2的光功率密度下,器件可以實現(xiàn)3.5 MHz的頻率偏移,頻率響應線性度良好。本文利用電子束曝光技術和紫外光刻技術分別制備特征尺寸為600 nm和2μm的聲表面波器件。在與納米材料和3D打印相結合后,可以分別用于紫外探測和壓力、溫度傳感。本文主要解決了在使用AZ5214E進行高精度圖形反轉曝光時遇到的一些工藝問題,實現(xiàn)了精密插指陣列的反轉曝光和金屬剝離,為后續(xù)高精密的圖形曝光提供工藝參考。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212;TH74
【圖文】：

邐Ｋｉｎｅｔｉｃ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｒｅｃｏｖｅｒｙ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋（ＫＥＲＳ）逡逑圖１．１邋Ｔｒａｎｓｅｎｓｅ汽車聲表面波傳感器逡逑如圖１．２所示是一種典型的扭矩傳感器，在傳動軸傳遞扭力的過程中，傳動逡逑軸會沿著扭矩的方向發(fā)生扭轉形變，這時布置在ＳＸＸ方向和ｓｙｙ方向的兩個聲表逡逑面波傳感器可以感測到傳動軸的形變，將形變導致的頻率／相位變化由天線傳輸逡逑至數(shù)據(jù)處理單元進而計算出實時的扭矩狀態(tài)。逡逑Ｔｏ邋ＲＦ邋ｃｏｕｐｌｅｒ逡逑邐１邐邐邐ｚ逡逑＼１邐邋町邋＼邐／邐？、，逡逑Ｖ逡逑圖１．２扭矩傳感器工作原理逡逑絕大多數(shù)聲表面波器件使用的壓電材料均有一定的溫度系數(shù)，鈮酸鋰、鉭酸逡逑鋰單晶，氧化鋅、氮化鎵等壓電薄膜均為負溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，器件逡逑的中心頻率會向更低的頻率偏移，而石英材料（包括ＹＸ切石英和ＳＴ石英等）逡逑的溫度系數(shù)為正。［１ＧＨ１１】傳統(tǒng)聲表面波器件中的金屬ＩＤＴ多使用Ａｌ、Ａｉｋ邋Ｐｔ等材逡逑料，這類材料在高溫下會變成熔融狀態(tài)，影響聲表面波信號的收發(fā)。雖然部分壓逡逑電材料的耐溫性能較好

Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｏｕｔｐｕｔ邋ｔｏｒｑｕｅ邋ｓｅｎｓｏｒ邐Ｋｉｎｅｔｉｃ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｒｅｃｏｖｅｒｙ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋（ＫＥＲＳ）逡逑圖１．１邋Ｔｒａｎｓｅｎｓｅ汽車聲表面波傳感器逡逑如圖１．２所示是一種典型的扭矩傳感器，在傳動軸傳遞扭力的過程中，傳動逡逑軸會沿著扭矩的方向發(fā)生扭轉形變，這時布置在ＳＸＸ方向和ｓｙｙ方向的兩個聲表逡逑面波傳感器可以感測到傳動軸的形變，將形變導致的頻率／相位變化由天線傳輸逡逑至數(shù)據(jù)處理單元進而計算出實時的扭矩狀態(tài)。逡逑Ｔｏ邋ＲＦ邋ｃｏｕｐｌｅｒ逡逑邐１邐邐邐ｚ逡逑＼１邐邋町邋＼邐／邐？、，逡逑Ｖ逡逑圖１．２扭矩傳感器工作原理逡逑絕大多數(shù)聲表面波器件使用的壓電材料均有一定的溫度系數(shù)，鈮酸鋰、鉭酸逡逑鋰單晶，氧化鋅、氮化鎵等壓電薄膜均為負溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，器件逡逑的中心頻率會向更低的頻率偏移，而石英材料（包括ＹＸ切石英和ＳＴ石英等）逡逑的溫度系數(shù)為正。［１ＧＨ１１】傳統(tǒng)聲表面波器件中的金屬ＩＤＴ多使用Ａｌ、Ａｉｋ邋Ｐｔ等材逡逑料

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 汪雷;ZnO薄膜生長技術的最新研究進展[J];材料導報;2002年09期

2 劉艾,馬偉方,施文康;基于聲表面波傳感的無線標簽識別系統(tǒng)[J];上海交通大學學報;2001年05期

3 王澤利,何樵登;用邦德矩陣法推導各向異性介質的彈性常數(shù)[J];長春科技大學學報;2000年04期

相關博士學位論文 前2條

1 張希;聲表面波傳感器及其在肺癌標志物與毒素快速檢測中的應用研究[D];浙江大學;2017年

2 王文博;新型聲表面波傳感器及微流體致動器研究[D];浙江大學;2016年

本文編號：2731731