一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括压电晶体(4)、加热电阻丝(3)、电气输入引脚(7)、电气输出引脚(8)、第一个叉指换能器(5)以及第二个叉指换能器(6)，在第一个叉指换能器(5)和第二个叉指换能器(6)的表面以及第一个叉指换能器(5)和第二个叉指换能器(6)中间的声传播路径上沉积温补介质薄膜(2)，在温补介质薄膜(2)表面沉积大面积气敏薄膜(1)。本发明专利技术可获得快速响应、高灵敏度、低温漂以及具有较高表面温度均匀性的声表面波气体传感器。高表面温度均匀性的声表面波气体传感器。高表面温度均匀性的声表面波气体传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器


[0001]本专利技术属于声表面波气体传感器领域，尤其是一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器。

技术介绍

[0002]气体传感器在化工、航空航天、核电以及医疗等领域应用广泛，传统的气体传感器类型包括热导式、催化燃烧式、电化学式、光学式等，然而随着气体检测需求增加，检测要求不断提高，上述类型传感器在体积、功耗、量程、响应/恢复时间、长期稳定性等方面均存在一定的不足。声表面波气体传感器自上世纪八十年代发展以来，由于其微型、高灵敏度、低功耗、快速响应以及低成本等特点，在国防反恐、新能源汽车以及航空航天等领域具有巨大的应用前景。
[0003]声表面波气体传感器传感基本原理是沉积在声传播路径上的特异性功能气敏薄膜吸附目标气体后作用于声表面波，导致声表面波波速发生变化，从声表面波波速变化信息中解耦出气体信息，进而实现对目标气体的检测。众所周知，较大面积的气敏薄膜在单位时间内能够吸附更多气体，从而增加器件响应速度以及灵敏度，然而目前声表面波气体传感器多采用延迟线结构，将气敏薄膜局限在输入输出叉指换能器中间，由此影响器件响应速度以及灵敏度，此外为了增加器件灵敏度常常选用具有大机电耦合系数的压电晶体，但往往会带来大温漂，影响器件检测下限。
[0004]综上，传统声表面波气体传感器在声传播路径上沉积气敏薄膜，存在大温漂以及升温难以保证器件表面温度均匀性的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种多层薄膜介质的声表面波气体传感器，解决了目前气体响应灵敏度低、传感响应/恢复时间速度慢，温度漂移过大的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括压电晶体4、加热电阻丝3、电气输入引脚7、电气输出引脚8、第一个叉指换能器5以及第二个叉指换能器6，所述压电晶体4的表面沉积加热电阻丝3，加热电阻丝3一端沉积电气输入引脚7，另一端沉积电气输出引脚8；加热电阻丝3的内部区域相对设置第一个叉指换能器5和第二个叉指换能器6；在第一个叉指换能器5和第二个叉指换能器6的表面以及第一个叉指换能器5和第二个叉指换能器6中间的声传播路径上沉积温补介质薄膜2，在温补介质薄膜2表面沉积大面积气敏薄膜1。
[0008]根据本专利技术的一个优选实施例，一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，所述的声表面波气体传感器包括：气敏薄膜1、温补介质薄膜2、四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8、第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6以及压电晶体4，所述的气敏薄膜1沉积于温补介质薄膜2表面；所述的四边形加热电阻丝3绕着压电晶体4表
面四周边缘制备，形成四边形环形微加热器；在加热电阻丝3的两端沉积电气输入引脚7和电气输出引脚8，所述四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8与第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6一起沉积在压电晶体4表面，且所述第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6沉积于四边形加热电阻丝3内部；所述的温补介质薄膜2沉积于第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6表面以及两个叉指换能器中间声传播路径上；形成气敏薄膜1/温补介质薄膜2/第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6与四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8/压电晶体4多层薄膜结构延迟线型声表面波气体传感器。
[0009]优选地，所述的气敏薄膜5可以根据实际需求设计不同的图案，可以为点阵薄膜、栅阵薄膜、块状薄膜或者多种形状的组合图案等。
[0010]优选地，为了减小器件温漂，所述的温补介质薄膜3应该根据实际应用的压电晶体进行选择，优选地，压电晶体材料温度系数为正，则需要选择材料温度系数为负的温补介质薄膜，二者的温度系数相反，通过调控温补介质薄膜厚度，从而降低器件整体温度系数。
[0011]优选地，温补介质薄膜3设计厚度与压电晶体4的温度系数极为相关，厚度范围在100nm～2um，优选地，温补介质薄膜2材料可以选择二氧化硅。
[0012]优选地，为了提高器件表面温度均匀性，所述的四边形加热电阻丝3所围成的内部面积与压电晶体4上表面积的比值为定值，该值与压电晶体厚度以及器件升温温度密切相关，优选地，比值范围为0.5～1。
[0013]优选地，所述的第一个叉指换能器5，第二个叉指换能器6之间声传播路径为100λ，第一个叉指换能器5指对数100对，第二个叉指换能器6指对数50对，第一个叉指换能器5和第二个叉指换能器6的叉指结构为SPUDTs结构。第一个叉指换能器5和第二个叉指换能器6叉指换能器膜厚为0.015λ，孔径为100λ，λ为声表面波波长。
[0014]优选地，所述的四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8、第一个叉指换能器5以及第二个叉指换能器6材料可选择铝、铂、金、铜等金属或者复合金属材料；
[0015]优选地，所述的气敏材料1为氧化铜、氧化锡、钯、铂、石墨烯、钯镍合金、钯铂合金、钯银合金、钯铜合金、钯镁合金、钯钴合金、钯铂钴合金等金属、合金以及金属氧化物，气敏材料1膜厚在10nm～200nm。
[0016]优选地，所述的压电晶体4材料可选择铌酸锂、钽酸锂、硅酸镓镧等压电晶体，优选地，所述的压电晶体为128YX铌酸锂。压电耦合系数5.4％。
[0017]优选地，所述的四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8、第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6、温补介质薄膜2、气敏薄膜1采用半导体工艺制备，如磁控溅射、电子束蒸发技术。
[0018]本专利技术所设计的一种多层薄膜介质的声表面波气体传感器，将对气体具有特异性选择的气敏薄膜与声表面波快速响应相结合，在叉指换能器以及声传播路径上沉积大面积气敏薄膜1以提高器件响应灵敏度，借助温补介质薄膜2温度系数与压电晶体极性相反的特点，降低器件温度漂移，同时隔绝气敏薄膜对叉指换能器电气性能的影响。同时利用四边形加热电阻丝3对器件表面温度分布以及温度进行调节，形成气敏薄膜1/温补介质薄膜2/第一个叉指换能器5、第二个叉指换能器6与四边形加热电阻丝3及其电气输入引脚7和电气输出引脚8/压电晶体4多层薄膜结构延迟线型声表面波气体传感器，基于上述结构的声表面波气体传感器，有利于实现快速响应/恢复、高灵敏度、低温漂以及高稳定性的气体检测目
的。
[0019]本专利技术的声表面波气体传感器在叉指换能器以及声传播路径上沉积大面积气敏薄膜用以增大器件响应灵敏度；借助与压电晶体温度极性相反的温补介质薄膜从而降低器件温度系数，同时保护叉指换能器。在压电晶体表面沉积四边形加热电阻丝用以提高器件温度以及保持器件表面温度均匀性。本专利技术可获得快速响应、高灵敏度、低温漂以及具有较高表面温度均匀性的声表面波气体传感器。
附图说明
[0020]图1为本专利技术声表面气体传感器的结构示意图；
[0021]附图标记：1、气敏薄膜；2、温补介质薄膜；3、加热电阻丝；4、压电晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括压电晶体(4)、加热电阻丝(3)、电气输入引脚(7)、电气输出引脚(8)、第一个叉指换能器(5)以及第二个叉指换能器(6)，其特征在于，所述压电晶体(4)的表面沉积加热电阻丝(3)，加热电阻丝(3)一端沉积电气输入引脚(7)，另一端沉积电气输出引脚(8)；加热电阻丝(3)的内部区域相对设置第一个叉指换能器(5)和第二个叉指换能器(6)；在第一个叉指换能器(5)和第二个叉指换能器(6)的表面以及第一个叉指换能器(5)和第二个叉指换能器(6)中间的声传播路径上沉积温补介质薄膜(2)，在温补介质薄膜(2)表面沉积大面积气敏薄膜(1)。2.根据权利要求1所述的一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，其特征在于，所述的气敏薄膜(1)的结构为点阵薄膜、栅阵薄膜和大面积块状薄膜中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，其特征在于，所述的温补介质薄膜(2)与压电晶体的温度系数相反；温补介质薄膜的厚度在100nm～2um。4.根据权利要求1所述的一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，其特征在于，所述加热电阻丝(3)所围成的内部区域面积与压电晶体(4)上表...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，崔柏乐，薛蓄峰，程利娜，张玉凤，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：