新型声表面波湿度传感器的研究.pdf

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1、第３６卷第５期压电与声光Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．５２０１４年１０月ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳＯｃｔ．２０１４文章编号：１００４２４７４（２０１４）０５０７２７０３新型声表面波湿度传感器的研究童筱钧１，王心语２（１．常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州２１３０２２；２．上海电力学院能源与机械工程学院，上海２０００９０）摘要：乐甫（Ｌｏｖｅ）波其质点振动方向垂直于传播方向，同时又平行于基片表面，在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Ｌｏｖｅ波的电子器件在接触液体时Ｌｏｖｅ

2、波能量损耗很少，因而乐甫波声表面波（ＳＡＷ）传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的ＳｉＯ２薄膜中激发、传播的乐甫波对ＳｉＯ２薄膜质量的变化很敏感，因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用４２．７５°Ｙ旋转切割石英基片，传播方向为［０°，１３２．７５°，９０°］。吸湿膜采用ＡＰＣＶＤ制作的多孔ＳｉＯ２薄膜，此类膜比ＰＥＣＶＤ制作的ＳｉＯ２膜疏松，吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为６２ｋＨｚ／％ＲＨ，最大湿滞约３％，测得的湿敏特性、迟滞特性表明，Ｌｏｖ

3、ｅ波ＳＡＷ湿度传感器线性度较好，实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。关键词：乐甫（Ｌｏｖｅ）波；声表面波湿度传感器；相对湿度中图分类号：ＴＮ３８４文献标识码：ＡＳｔｕｄｙｏｎａＮｏｖｅｌＳＡＷＨｕｍｉｄｉｔｙＳｅｎｓｏｒ１，ＷＡＮＧＸｉｎｙｕ２ＴＯＮＧＸｉａｏｊｕｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ

4、ｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｖｅｗａｖｅｍｏｄｅｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅｗｉｔｈｓｈｅａｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｎｏｒｍａｌｔｏｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｓｅｎｓｉｎｇｌｉｑｕｉｄｍｅｄｉａｄｕｅｔｏｌｏｗｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌｏｓｓｏｃｃｕｒｒｅｄｏｎ

5、ｉｔｓｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｒｏｕｔｅ．ＴｈｅｌｏｖｅｗａｖｅｅｘｃｉｔｅｄａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｅｄｏｎｑｕａｒｔｚｓｕｒｆａｃｅａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｅｄＳｉＯ２ｆｉｌｍｏｎｉｔｉｓｖｅｒｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｍａｓｓｃｈａｎｇｅｏｆＳｉＯ２．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｈｕｍｉｄｉｔｙｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｂａｓｅｄｏｎｌｏｖｅｗａｖｅｍｏｄｅｏｎ４２．７５°Ｙｒｏｔａｔｅｄｃｕｔｑｕａｒｔｚｓｕｂｓｔｒａｔｅｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐａｇａ

6、ｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ［０°，１３２．７５°，９０°］ｗｉｔｈＳｉＯ２ｗａｖｅｇｕｉｄｅｌａｙｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙＡＰＣＶＤｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆａｂｏｕｔ６２ｋＨｚ／％ＲＨｆｏｒｈｕｍｉｄｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄｍａｘｉｍｕｍｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｉｓａｂｏｕｔ３％．Ｄｅｔａｉｌｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｓｅｎｓｏｒｓｉｓｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｏｖｅｗａｖｅ；ＳＡＷｈｕ

7、ｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒ；ｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙ［４６］０引言究。ＳＡＷ湿度传感器主要采用常规瑞利声波模［６９］。式，乐甫（Ｌｏｖｅ）波气体传感的应用报道较少电容性湿度传感器具有制作成本低，成品率高，乐甫波质点振动方向垂直于传播方向、平行于精度可达３％～５％、响应时间４０～６０ｓ等特性，可基片表面，因而在基片平面的法线方向上振动分量满足绝大多数的应用需求，占据了整个湿度传感器为０。当器件接触液体时乐甫波能量损耗很少，因７０％以上的市场。其原理在于电容量随相对湿度的［５］而适合于免疫蛋白等液

8、相检测。我们决定尝试将变化而变化。但电容性传感器存在响应时间较长，非数字化输出，难以集成等问题［１３］。乐甫波与多孔ＳｉＯ２薄膜结合作出灵敏度较好又较声表面波（ＳＡＷ）湿度传感器因具有可直接频稳定的气体传感器，特别是湿度传感器。率化输出，灵敏度高，检测范围宽等优点而备受重本文所述乐甫波湿度传感器采用４２°Ｙ旋转切视，目前已取得很大进步［２，４５］。但在湿度传感器市割石英基片，湿敏膜为多孔ＳｉＯ２薄膜，使用场中，此类传感器较少。在一些特