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(fù)性好等特點(diǎn)。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(yīng)速度快、靈敏度高、性能穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并能應(yīng)用于高溫、復(fù)雜的惡劣環(huán)境之中，因此其在航天航空、交通運(yùn)輸、能源開采等領(lǐng)域都有著廣泛的運(yùn)用。而影響SAW傳感器能否應(yīng)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(jù)SAW器件的相關(guān)理論設(shè)計(jì)了單諧振器型SAW傳感器，所設(shè)計(jì)的器件的叉指寬度4μm，指間距為8μm，占空比為1:1，叉指對數(shù)50，聲孔徑100λ，叉指間隙12μm，反射柵對數(shù)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(xiàn)五種不同的器件均具有較強(qiáng)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(jī)電耦合系數(shù)。歐拉角為（0°，138.5°，86.6°）的LGS的SAW諧振器具有最大的品質(zhì)因

4、素以及最大的一階、二階頻率溫度系數(shù)。本文對五種不同歐拉角的傳感器進(jìn)行了溫度測試，最高測試溫度為450℃，測試結(jié)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(diào)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(guān)系是呈二次函數(shù)曲線的，通過二次函數(shù)擬合計(jì)算得到5種歐拉角的轉(zhuǎn)變溫度Tex分別為-22℃、183℃、249℃、390℃、204℃，它們的品質(zhì)因素Q以及機(jī)電耦合系數(shù)K2隨著溫度的升高呈現(xiàn)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(shù)關(guān)系，從而導(dǎo)致其作為溫度傳感器時(shí)只能實(shí)現(xiàn)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(chǔ)上提出一種結(jié)構(gòu)新穎的雙諧振器型SAW溫

6、度傳感器（簡稱雙SAW器件）的設(shè)計(jì)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(gè)較為明顯的特征峰。
　　本文將不同夾角的雙SAW器件進(jìn)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(jìn)行二次函數(shù)擬合計(jì)算，最后夾角為30°、45°、60°、90°的雙SAW器件計(jì)算得到的溫度與實(shí)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