声表面波二氧化氮气体传感器的研究

摘要

声表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)气体传感器越来越受到广泛的关注，现已成为气体传感器的研究热点之一，因为SAW气体传感器具有很多独特的优势，例如精度高、稳定性好、体积小、易于集成化等。SAW气体传感器的核心是敏感膜，敏感膜材料的灵敏度、稳定性、选择性等决定了传感器的性能。但是国内SAW技术起步较晚并且制备器件的工艺落后，所以制作出来的传感器并不能达到预期要求。本论文提出了一种设计SAW气体传感器的方法，有选择的结合电子束光刻、X射线光刻和剥离等技术工艺，研制出了一种双通道SAW延迟线传感器，并且我们最终确定该器件的频率为120MHz。最后利用该传感器研究了两种敏感膜材料：聚苯胺/多壁碳纳米管和三氧化钨/多壁碳纳米管，并用这两种敏感膜在室温下成功地检测了NO2气体。
　　 课题主要研究内容包括：
　　 (1)简单地介绍了SAW气体传感器的基本原理和背景知识；比较了国内外SAW技术的发展现状和发展趋势。
　　 (2)主要对SAW传感器做了理论分析，其中包括瑞利波及其在压电介质中的性质、声表面波的激发和接收。其中重点介绍了叉指换能器(IDT, Inter-DigitalTransducer)的性质，这为后期器件的设计和制备打下了牢固的理论根基。
　　 (3)分析并设计了SAW传感器的各种参数的选择，其中主要包括基片材料、电极材料的选择、振荡器的设计、IDT的设计等问题。深入地研究了制作传感器的主要工艺过程和加工技术。
　　 (4)简单地介绍了SAW气体传感器的敏感膜及其成膜方式，研制了两种在室温下能够检测NO2气体的薄膜材料，并对传感器做了理论分析和表征，实验结果表明这两种敏感膜对NO2气体具有很好的灵敏性和稳定性。