基于YCOB的高溫聲表面波傳感器的研究.pdf

1、無線高溫聲表面波傳感器不但具有一般SAW器件的體積小、品質(zhì)因數(shù)高、重量輕、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，而且還能在高溫、高壓等惡劣環(huán)境實(shí)現(xiàn)無線無源傳感測量，因而在傳感器領(lǐng)域中有巨大的應(yīng)用前景。壓電基底的高溫特性對(duì)高溫SAW傳感器的應(yīng)用有著至關(guān)重要的影響，因此，本文采用一種具有優(yōu)異高溫壓電特性的新型壓電基底YCa4O(BO3)3來制備和研究無線高溫SAW傳感器。
　　本文首先對(duì)SAW諧振器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真。根據(jù)SAW諧振器的設(shè)計(jì)理論和依據(jù)，并充分考

2、慮實(shí)驗(yàn)制備實(shí)現(xiàn)條件，設(shè)計(jì)出單端口SAW諧振器的叉指寬度為3μm，波長λ為12μm，叉指對(duì)數(shù)為50對(duì)，金屬化比率為0.5，孔徑長度為100λ， IDT和反射柵距離為9μm，反射柵的對(duì)數(shù)為100對(duì)。本文采用COMSOL Multiphysic有限元分析軟件對(duì)YCOB的SAW諧振器進(jìn)行了仿真，通過仿真得到了SAW器件的特征頻率和頻率響應(yīng)，并且得到了電極厚度對(duì)器件特征頻率的影響。
　　其次，本文選用X-90o、Z-90o和(180o，12

3、0o，167o)這3種切型的YCOB作為基底材料，采用微電子工藝完成了SAW器件的制作，通過對(duì)工藝流程和工藝參數(shù)的優(yōu)化，最后實(shí)現(xiàn)了在不同切型YCOB基底上重復(fù)的制作SAW器件。
　　本文對(duì)制作得到的不同切型YCOB的SAW諧振器進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，基于X-90oYCOB、Z-90oYCOB和(180o，120o，167o)YCOB的3種SAW諧振器都具有良好的SAW傳感特性，諧振器的諧振頻率分別為230.53 MHz、278

4、.94 MHz和284.24 MHz。本文對(duì)制備的SAW諧振器進(jìn)行了溫度測試，最高測試溫度為600℃，測試結(jié)果表明，選用的3種切型YCOB的SAW器件都具有良好和穩(wěn)定的高溫特性，諧振頻率和溫度都成線性關(guān)系，然而，X-90oYCOB的SAW諧振器的溫度靈敏度和TCF最低，值分別為12.28 kHz/℃和54 ppm/℃；Z-90oYCOB的SAW諧振器有最高的溫度靈敏度和TCF，值分別為21.22 kHz/℃和76 ppm/℃；(180o

5、，120o，167o)YCOB的SAW諧振器的溫度靈敏度和TCF處于前兩種切型的器件之間，值分別為18.03 kHz/℃和63 ppm/℃。比較可知，Z-90oYCOB和(180o，120o，167o)YCOB的SAW諧振器比X-90oYCOB的SAW諧振器有更好的溫度傳感特性。高溫循環(huán)測試結(jié)果表明，Z-90oYCOB和(180o，120o，167o)YCOB比X-90oYCOB的SAW諧振器的高溫穩(wěn)定性好。
　　本文利用制備的S