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双声路声表面波质量沉积效应传感器研究

陈继凯  
【摘要】: 在人类生产和生活实现了机械化和信息化后,信息的获取就成了实现完全自 动化最大的障碍。因此,传感器日益成为研究的重点。必须在传感器的技术、成 本、体积、重量、功耗和用户友好程度上有所突破。 SAW传感器具有灵敏度高、在大批量生产时成本低、功耗低、稳定和轻巧 等特点,并且经过改进后很容易实现对多种物理、化学和生物量的传感。因此 SAW技术继在信息处理中获得广泛应用后,在传感器上的应用也引起了相当的 关注。 本课题研制了一种SAW质量沉积效应传感器。在LiNbO3晶片上设计并实 现了一种新型的双声路延迟线型声表面波质量传感器。利用光刻工艺在每个声传 播路径上构造了一个方形质量沉积区,当有物质沉积到该区时,由于质量沉积效 应,声表面波的波速发生变化,使以延迟线作为反馈回路的振荡器的振荡频率发 生变化,并通过这一变化反映出沉积物的质量。为了补偿温度对器件传输频谱的 影响,该器件采用双声路结构,一路为测试声路,一路为参考声路。 论文共分七章。第一章介绍了SAW器件的基本原理,并且简单介绍了SAW 器件在信号处理特别是移动通信中的应用。第二章介绍了SAW技术在传感器的 中应用,包括工作机理、目前已有的应用和SAW传感器的一些特殊的应用。第 三章介绍了SAW传感器芯片的设计和工艺流程。测试电路的设计放在第四章中 介绍。第五章则是测试的结果,包括传感器芯片的直接测试结果,测试电路的测 试结果,双声路温度补偿效果的测试和最终的滴定测试。第六章是对课题的一些 改进意见。第七章为总结。 双声路的温度补偿效果很好,相对于单声路来说有三个数量级的改善。测试 结果表明,该传感器的灵敏度为49ppm·cm2/g,与理论计算值符合很好。线 性度良好,数据点与拟合值的平均偏差为4%。如果采用选择性吸收膜该传感器 将可以应用于广泛的领域。


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