基于LGS的雙聲表面波器件的研究.pdf

1、聲表面波器件具有體積小、頻率選擇性高、重復性好等特點。而作為聲表面波器件重要分支的聲表面波傳感器更是具有響應速度快、靈敏度高、性能穩(wěn)定性強的優(yōu)點，并能應用于高溫、復雜的惡劣環(huán)境之中，因此其在航天航空、交通運輸、能源開采等領域都有著廣泛的運用。而影響SAW傳感器能否應用于高溫環(huán)境的主要因素是壓電襯底材料的選擇。因而，本文采用了一種具有優(yōu)良壓電性能的新型壓電單晶材料硅酸鉀鑭（LGS）為壓電基底來制作SAW傳感器。
　　為了研究基于LG

2、S的SAW傳感器的特性，本文根據SAW器件的相關理論設計了單諧振器型SAW傳感器，所設計的器件的叉指寬度4μm，指間距為8μm，占空比為1:1，叉指對數50，聲孔徑100λ，叉指間隙12μm，反射柵對數300。選用歐拉角分別為（0°，138.5°，26.6°）、（0°，138.5°，56.6°）、（0°，138.5°，71.6°）、（0°，138.5°，86.6°）、（0°，138.5°，116.6°）的LGS作為單諧振器型SAW傳感器

3、的壓電襯底，通過微電子工藝完成了電極厚度為100nm的器件的制備，測試發(fā)現五種不同的器件均具有較強的諧振峰，它們的諧振頻率分別為168.289MHz、164.325MHz、160.000MHz、150.275MHz、162.426MHz；其中歐拉角為（0°，138.5°，26.6°）的LGS的SAW諧振器具有最高的諧振頻率、最大的聲速以及最高的機電耦合系數。歐拉角為（0°，138.5°，86.6°）的LGS的SAW諧振器具有最大的品質因

4、素以及最大的一階、二階頻率溫度系數。本文對五種不同歐拉角的傳感器進行了溫度測試，最高測試溫度為450℃，測試結果表明：歐拉角為（0°，138.5°，26.6°）的SAW傳感器的諧振頻率隨著溫度的升高呈單調遞減趨勢。而歐拉角為（0°，138.5°，56.6°）、（0°，138.5°，71.6°）、（0°，138.5°，86.6°）、（0°，138.5°，116.6°）的SAW傳感器的諧振頻率隨著溫度的升高呈先增加后降低的趨勢，它們的頻率溫

5、度關系是呈二次函數曲線的，通過二次函數擬合計算得到5種歐拉角的轉變溫度Tex分別為-22℃、183℃、249℃、390℃、204℃，它們的品質因素Q以及機電耦合系數K2隨著溫度的升高呈現先增加后降低的趨勢。
　　由于以LGS為壓電基底的單諧振器型SAW傳感器的頻率溫度呈二次函數關系，從而導致其作為溫度傳感器時只能實現較小的溫度范圍的測試，為了解決這一問題，本文在五種不同歐拉角的LGS器件的基礎上提出一種結構新穎的雙諧振器型SAW溫

6、度傳感器（簡稱雙SAW器件）的設計方法，通過微電子工藝制備出夾角為30°、45°、60°、90°的雙SAW器件，所制備的器件均具有兩個較為明顯的特征峰。
　　本文將不同夾角的雙SAW器件進行溫度測試，最高測試溫度為450℃，并將器件的頻率溫度特性進行二次函數擬合計算，最后夾角為30°、45°、60°、90°的雙SAW器件計算得到的溫度與實際溫度的最大誤差分別為6.7℃、5.4℃、3.2℃、4.5℃。此外，雙SAW器件的溫度分辨率與