兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究

发布时间：2017-05-18 15:28

  本文关键词：兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于声表面波谐振器的传感器具有成本低、易制作、稳定性强等优点而得到人们的广泛研究。传统的声表面波谐振器中传播的是瑞丽波,在AlN压电薄膜中,瑞丽波的传播速度在5000-6000 m/s之间。随着天线小型化的发展,器件的工作频段往GHz频段提升。在表声波声速不变的情况下要提高频率就需要减小叉指电极的线宽,这势必增加工艺的难度,所以通过改变声波的模式,使得器件中传播高声速的声波,对提高器件的工作频率是非常有意义的。论文首先用COMSOL软件分别对瑞丽型声表面波谐振器和兰姆波型声表面波谐振器进行仿真设计。瑞丽型谐振器的结构为:硅基厚度200μm、AlN厚度1.44μm、叉指电极厚度200 nm、波长16μm,通过仿真可知,瑞丽波型谐振器的谐振频率为306.08 MHz。兰姆波型谐振器的结构为:硅基厚度25μm、AlN厚度1.44μm、叉指电极厚度200 nm、波长16μm,通过仿真发现在兰姆波型谐振器中激励了七个模式的声波,它们对应的谐振频率分别297.8 MHz、398.8 MHz、448.2 MHz、500.4MHz、531.34 MHz、584.6 MHz、615.23 MHz。然后,本文采用光刻、腐蚀、电子束蒸发等工艺制作声表面波谐振器。制作兰姆波型谐振器时,需要对SiO2和Si进行腐蚀。在对Si进行腐蚀减薄时,采用二氧化硅作为保护层,另外采用硅胶对AlN薄膜进行保护,从而完成兰姆波型谐振器结构的制作。制作瑞丽波型谐振器时,除了不需要腐蚀SiO2和Si外,其余工艺与制作兰姆波型谐振器时一样。最后,本文采用矢量网络测试仪测试了所制作的声表面波器件。测试结果表明,瑞丽波型谐振器实测谐振频率为305.15 MHz,兰姆波型谐振器的谐振频率分别为294.63 MHz、398.125 MHz、435.625 MHz、482 MHz、531.625 MHz、570 MHz、613.625 MHz,测试结果与仿真结果基本一致。接着本文分别对两种谐振器所制作的温度传感器进行温度测试,得到了器件的谐振频率随温度的变化曲线,结果表明,器件的谐振频率随着温度的升高而线性降低。其中瑞丽波型传感器对温度的灵敏度为10.77 KHz/℃,而兰姆波传感器中各个模式对温度的灵敏度分别为10.92KHz/℃、13.69 KHz/℃、15.86 KHz/℃、16.37 KHz/℃、18.04 KHz/℃、20.1 KHz/℃、21.46 KHz/℃。本文还对兰姆波型谐振器中灵敏度最高和声速最大的模式进行无线温度测试,温度灵敏度为19.15 KHz/℃。
【关键词】：声表面波谐振器 兰姆波 瑞丽波 COMSOL
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-13
• 1.3 论文的研究内容及框架结构13-14
• 第二章 声表面波器件原理14-23
• 2.1 瑞丽波与兰姆波14-15
• 2.1.1 瑞丽波14
• 2.1.2 兰姆(Lamb)波14-15
• 2.2 叉指换能器15-17
• 2.2.1 叉指换能器的基本结构及种类15-16
• 2.2.2 叉指换能器的结构参数16-17
• 2.3 压电材料17-19
• 2.3.1 压电材料的种类17-18
• 2.3.2 氮化铝(AlN)薄膜18-19
• 2.4 声表面波器件19-20
• 2.4.1 延迟线型声表面波器件19
• 2.4.2 反射栅谐振型声表面波器件19-20
• 2.5 声表面波器件的分析方法20-22
• 2.5.1δ模型20-21
• 2.5.2 耦合模(COM)模型21-22
• 2.5.3 有限元软件介绍22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 声表面波器件设计与仿真23-35
• 3.1 声表面波器件基本结构23-24
• 3.2 声表面波器件模型24-26
• 3.3 声表面波器件分析26-27
• 3.3.1 特征频率分析26-27
• 3.3.2 频率响应分析27
• 3.4 声表面波器件设计27-34
• 3.4.1 瑞丽波型声表面波谐振器的设计与仿真27-30
• 3.4.2 兰姆波型声表面波谐振器的设计与仿真30-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 声表面波器件的制作工艺35-51
• 4.1 器件制作工艺流程35-36
• 4.2 光刻板的设计36-37
• 4.3 腐蚀工艺37-43
• 4.3.1 二氧化硅的腐蚀37-39
• 4.3.2 硅的化学减薄39-43
• 4.4 光刻43-49
• 4.4.1 叉指换能器的制作45-49
• 4.4.2 背面窗.的制作49
• 4.5 生长电极49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 声表面波器件测试51-62
• 5.1 测试方法51-52
• 5.2 测试结果与分析52-61
• 5.2.1 瑞丽波型器件温度特性测试52-54
• 5.2.2 兰姆波型器件温度特性测试54-59
• 5.2.3 兰姆波型无线温度传感器测试59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 结论62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻硕期间的研究成果68-69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 武以立;高频声表面波技术的发展与应用[J];压电与声光;1988年06期

2 康铁安;;声表面波型传感器[J];宇航计测技术;1990年02期

3 杨晓东,廖代材;石英声表面波宽带延迟线[J];压电与声光;1992年06期

4 ;1声表面波技术[J];压电与声光;1994年05期

5 史国伟;声表面波的原理与发展[J];武警技术学院学报;1996年04期

6 张国民,廖代材,刘积学,梁娟;声表面波高精度多路延迟线组[J];压电与声光;1998年01期

7 苟永明;声表面波传感器原理及应用[J];传感器世界;1998年10期

8 范东远,陈明;声表面波压力遥测传感器的理论与设计[J];航空计测技术;1998年06期

9 刘艾,马伟方,施文康;一种新型的声表面波目标识别系统研究[J];传感技术学报;2000年02期

10 童筱钧,章德;石英上准纵漏表面声波在液体传感方面的潜在应用[J];传感技术学报;2000年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 朱嘉林;李永刚;李业隆;;声表面波角速率传感器的理论与数值分析[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

2 谢馥励;张碧星;宫俊杰;;声表面波聚焦理论与方法研究[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年

3 谢馥励;张碧星;宫俊杰;;宽频带多模式声表面波聚焦理论与方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年

4 周世圆;张运涛;徐春广;伍懿;;无源无线声表面波嵌入式测量理论与技术[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年

5 陈明;;声表面波谐振式力学量传感器的发展与现状[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年

6 沈中华;石一飞;严刚;袁玲;陆建;倪晓武;;激光声表面波的若干应用研究进展[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年

7 潘峰;曾飞;李冬梅;刘明;刘积学;;声表面波关键材料与应用研究[A];中国真空学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年

8 孙斌;张涛;;多层膜结构声表面波传播理论研究进展[A];第三届上海——西安声学学会学术会议论文集[C];2013年

9 程卫东;鄂明成;董永贵;;声表面波力敏传感器基片材料最佳切向的研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集（Ⅲ）[C];2008年

10 王俊新;陆艳艳;何世堂;邱细敏;;声表面波气相色谱仪性能评价[A];2013中国西部声学学术交流会论文集（上）[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 韩连国 罗俊昌;科技报国迎挑战[N];中国电子报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李秀明;铌镁酸铅和铌锌酸铅基铁电单晶中声表面波传播特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 白茂森;激光声表面波法测量薄膜杨氏模量的理论与系统研究[D];天津大学;2012年

3 杨莺;新结构声表面波质量传感器及声表面波集成声路隔离吸声技术的研究[D];浙江大学;2005年

4 刘骏跃;声表面波惯性器件传感检测技术研究[D];西北工业大学;2007年

5 李淑红;基于声表面波技术的新型气体传感器的研究[D];南开大学;2010年

6 严刚;激光声表面波用于金属表面缺陷无损检测的研究[D];南京理工大学;2007年

7 李庆亮;声表面波射频辨识标签与系统研究[D];上海交通大学;2008年

8 周金;基于声表面波技术的无线通信系统的研究[D];南开大学;2010年

9 章安良;Y型和S型组合双声路SAW质量传感器研究[D];浙江大学;2004年

10 赵佰军;声表面波用ZnO薄膜的制备及器件的初步研究[D];吉林大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵瑾珠;声表面波电子鼻探测器的技术研究[D];电子科技大学;2015年

2 黄亮;高灵敏度磁电声表面波磁场传感器研究[D];电子科技大学;2015年

3 曾庆辉;基于无源无线声表面波技术的机床主轴热监测系统研究与实现[D];浙江大学;2015年

4 孙凤佩;声表面波气体探测器系统集成技术研究[D];电子科技大学;2015年

5 陈雪薇;基于声表面波的GIS开关触头温度监测的研究[D];华北电力大学;2015年

6 曹放;基于声表面波技术的无线无源温度传感器研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 陈鹏;兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究[D];电子科技大学;2015年

8 刘洋;基于声表面波传感器阵列的气体检测模式识别研究[D];电子科技大学;2014年

9 杨森;激光源空间分布对激光声表面波影响研究[D];南京理工大学;2009年

10 林卓彬;声表面波温度传感器特性研究[D];吉林大学;2010年

  本文关键词：兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：376458