基于声表面波技术的新型器件的研制与分析

摘要

声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。声表面波器件是在压电材料上利用集成电路技术和半导体平面工艺制作的，抗辐射能力强，动态范围很大；声表面波器件具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，在国民经济中已得到广泛应用。
　　 本论文主要围绕声表面波新型器件的研制与分析的有关方面展开研究。对基底材料、敏感薄膜的选取与制作进行了研究，并对声表面波气敏传感器和远距离声表面波射频识别系统进行了优化设计、制作与分析。论文的主要内容包括：
　　 1.介绍了声表面波在各向同性媒质、各向异性媒质中的传播特性，并对声表面波器件的关键部件-叉指换能器的结构和工作原理进行了分析。
　　 2.分析研究了声表面波用压电材料的特性，对不同基底材料不同切向的声表面波器件进行了仿真。
　　 3.研制了多通道延迟型和谐振型声表面波传感器。声表面波传感器的中心频率分别选取为100MHz、148.5MHz和315MHz。
　　 4.从理论上研究了声表面波气敏传感器敏感薄膜厚度对系统灵敏度的影响。分析了气体浓度、敏感薄膜厚度、敏感薄膜密度对系统灵敏度的共同影响。提出了最佳薄膜厚度的概念，并给出了相应的关系式。
　　 5.声表面波标签天线小型化的设计是减小声表面波标签的尺寸的关键。本文通过将印刷偶极子臂弯折变型，设计了一款工作于433MHz频率上的小型化偶极子天线，经过ADS软件对该天线建模与仿真，验证了这款小型化天线完全满足声表面波射频识别的需要。