双端谐振型SAW气体传感器的优化设计.pdf

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1、2010年第29卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)97双端谐振型SAW气体传感器的优化设计李琨，杜晓松，胡佳，孙萍，蒋亚东(电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室，t~1111成都610054)摘要：针对FPOL敏感膜sT切石英基底双端谐振型SAW传感器的频率响应特性和敏感机理进行了理论分析。采用P矩阵级联方法与微扰理论，系统地讨论了影响传感器频率响应特性与探测灵敏度的因素。研究结果表明：在优化设计传感器器件结构的基础上，还需合理选择敏感区宽度、敏感膜材料特性及厚度，以提高探测灵敏度、降低

2、插入损耗。给出了优化后的器件结构和敏感膜参数，可对双端谐振型刚传感器的设计与性能分析提供重要参考。关键词：声表面波器件；化学传感器；数值仿真；优化设计；双端谐振；粘弹性；衰减中图分类号：0429文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)09-0097-04OptimaldesignofSAWgassensorusingtwo·portresonatorLIKun，DUXiao—song，HUJia，SUNPing，JIANGYa—dong(StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmandIntegratedDevices，S

3、choolofOptoelectronicInformation，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)Abstract：The~equeneyresponsecharacteristicsandthesensitivemechanismoftheSTcutquartzbasedSAWsensorwithtwo—portresonatorandFPOLsensitivefilmweretheoreticallyanalyzed．Thefactorswhicha"ffec

4、tthefrequencyresponseandthedetectivesensitivityweresystematicallydiscussedbyP—matrixmethodandtheperturbationtheory．Conclusioncanbedrawnthatitisnecessarytoproperlychoosethewidth，thethicknessandthematerialcharacteristicsofthesensitivefilminordertoimprovethedetectivesensitivityandtodecrease

5、theinsertloss．Theoptimizeddevicestrutureandsensitivefilmparametersweregiven，whichcanprovideimportantreferenceindesignandcharacteristicsanalyzsisoftheSAWgassensorusingtwo—portresonator．Keywords：surfaceacousticwavedevice：chemicalsensor；numericalsimulation；optimaldesign；two—portresonance；vi

6、scoelasticity；attenuation0引言COM方法相对于FEM法更加简便高效。声表面波(surfaceacousticwave，SAW)气体传感器是本文采用COM理论与P矩阵方法，对sT切石英基底检测化学毒剂和爆炸物的新型传感器，具有体积小、频率双端谐振型SAW传感器的频率响应特性进行了数值仿真。高、成本低、灵敏度高，易于集成化和智能化，能实现远距离以检测神经性毒剂模拟剂甲基膦酸二甲酯DMMP常用的检测等多种优点。通过对SAW气体传感器进行精确地仿氟代聚烯烃(FPOL)敏感膜为例，对传感器敏感膜的敏真和分析，得出器件结构参数和敏感膜特性对传感器性能感机理

7、进行了系统分析。讨论了气体体积分数、敏感膜厚的影响，可减少通过实验试凑进行器件设计的次数和成本。度及敏感膜弹性模缝对传感器频率响应特性与探测灵敏度因此，对SAW传感器结构设计理论和技术进行深入系统地的影响。本文的理论模拟方法简单，理论仿真结果可对双研究具有重要的理论与实用价值。耦合模(coupling—of-端谐振型SAW传感器器件结构的优化设计、敏感膜的选择modes，COM)‘和有限元方法(finiteelementmethod，及结果分析提供重要参考，同样的分析方法也可适用于其FEM)是SAW传感器仿真的常用方法，准确度较高，与他类