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saw微力传感器的结构设计与性能优化研究

SAW微力传感器的结构设计与性能优化研究

作者：马连杰上海工程技术大学

学位级别：硕士

传感器技术的发展和社会需求的不断提高,推动着传感器应用领域逐渐扩大。同时,随着其性能优化技术不断提升,逐步实现微型化、低功耗、高精度测量。声表面波(Surface Acoustic Wave,saw)器件因其独特的无源无线工作方式,良好的机械性能... 详细信息

传感器技术的发展和社会需求的不断提高,推动着传感器应用领域逐渐扩大。同时,随着其性能优化技术不断提升,逐步实现微型化、低功耗、高精度测量。声表面波(Surface Acoustic Wave,saw)器件因其独特的无源无线工作方式,良好的机械性能和稳定性,抗干扰能力强,易于传输且体积小、低功耗、重复性好等特点,可广泛应用于工业生产、汽车电子、医学治疗等多个领域。其中声表面波微力传感器是声表面波器件的一个分支,主要应用于测试表面力、液压、物体加速度等重要物理量。为实现saw微力传感器在复杂环境下的高精度、低功耗测量,需进一步提高saw微力传感器的性能。本文基于saw模式的无源无线检测技术,提出saw器件的结构设计与性能优化方案,根据saw器件的分析模型,设计出折线型结构传感器,可测量0-0.2N范围内的微力,主要内容有:首先,对saw器件的相关理论基础进行分析。分析saw微力传感器的工作原理,介绍有限元分析法以及传感器数据分析模型和质量灵敏度分析模型。其次基于叉指换能器(Interdigital Transducer,IDT)形状提出一种折线型saw器件。对比不同的压电基片材料和IDT材料特点取选择合适的材料,同时根据IDT设计准则计算其各项参数,并根据压电基片的受力分析确定最佳IDT放置位置。接着利用COMSOL 5.4有限元分析软件构建直线型和折线型saw微力传感器结构模型,对比分析输入输出电压、脉冲响应、插入损耗、质量灵敏度以及位移场、特征频率振型等方面的差异性。最后通过确定延迟线型saw器件设计加工中的参数,对提出的折线型IDT结构和传统直线型IDT结构的传感器进行版图设计及制作。并布置实验环境对制备完成后的saw器件进行微力负载实验测试,验证其测量微力的可行性以及对比分析两种结构传感器的差异。记录多组测试数据,基于线性回归模型和最小二乘法建立输出频率与微力之间的数学关系,绘制相关的拟合曲线。实验结果表明折线型saw微力传感器可以测量0-0.2N之间的微力以及灵敏度高于传统直线型结构,对高灵敏、低功耗、微型化的便携式传saw微力感器研究具有重要意义。

关键词： saw 有限元分析法折线型 IDT 微力传感器

巴核C-2工程安全壳筒体钢衬里saw质量控制

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焊接技术 2007年第4期36卷 60-63页

作者：马新朝中国核工业第四研究设计院四达建设监理公司河北石家庄050021

介绍了巴基斯坦恰希玛核电C-2工程安全壳钢衬里筒体的基本状况,论述了采用saw焊接方法防止终端裂纹产生的方法,指出理顺主要工艺参数的匹配关系是消除焊缝宽度窄而余高大的基本控制方法,正确选择焊剂的颗粒度并合理回收使用焊剂是减小... 详细信息

介绍了巴基斯坦恰希玛核电C-2工程安全壳钢衬里筒体的基本状况,论述了采用saw焊接方法防止终端裂纹产生的方法,指出理顺主要工艺参数的匹配关系是消除焊缝宽度窄而余高大的基本控制方法,正确选择焊剂的颗粒度并合理回收使用焊剂是减小气孔及焊缝表面压气/凹坑缺陷的重要途径,通过二次切割可减小翘曲等波浪变形现象。

关键词：钢衬里简体 saw 终端裂纹气孔匹配关系表面压气凹坑现象

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适用高频saw射频标签的谐振器与天线设计

适用高频SAW射频标签的谐振器与天线设计

作者：孙素娟天津理工大学

学位级别：硕士

声表面波射频标签（saw-RFID）应用很广泛，在现代的电子学、声学、半导体微电子工艺技术和雷达信号处理技术等一些新成就和新领域当中都已应用，声表面波射频标签已是现在社会自动识别技术领域和息存储传输技术领域的重要器件。在众多... 详细信息

声表面波射频标签（saw-RFID）应用很广泛，在现代的电子学、声学、半导体微电子工艺技术和雷达信号处理技术等一些新成就和新领域当中都已应用，声表面波射频标签已是现在社会自动识别技术领域和息存储传输技术领域的重要器件。在众多的射频识别系统中，与集成电路（IC）的RFID识别相比，利用声表面波（saw）技术有很多自己独特的优势。利用声表面波（saw）技术的主要优点有很强的抗电磁干扰能力，并且可使用在金属和液体产品上;具有抗高温、抗辐射等独特优点，可以使声表面波射频标签应用在食品或药品等需要高能量X-射线或伽马射线杀菌产品上;因为saw射频标签是无源器件，所以不使用任何外界的电源，而且同时对阅读器的辐射功率要求低，saw射频标签所需的阅读器辐射功率仅仅是传统IC标签的1/100;并且具有识别和传感的双重功能等优势。本文内容包括saw-RFID标签的发展历程，标签的组成和工作原理，制作了应用于声表面波射频标签的IDT/ ZnO/金属层/金刚石多层膜结构单端口谐振器。声表面波谐振器有比较窄的带宽，高Q值和低插入损耗，因此以声表面波谐振器为核心的标签有噪声小，插入损耗小的优点。采用半导体参数仪对单端口谐振器的静态电容和端口电阻两个物理量进行了测量，分别为50.1914pf和48.7，根据测试物理量和匹配值为50的天线进行匹配，并且设计了弯折偶极子天线,并与传统天线进行了对比，其增益和有效带宽都明显增高。在theta=3度时，弯折偶极子天线的增益要比传统的天线增益0.029增大了6.6倍，saw-RFID标签识别距离比直接用偶极子天线的距离提高10倍以上。

关键词： saw 偶极子天线匹配网络谐振器 RFID

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某安全壳筒体钢衬里的saw焊接质量控制

施工技术 2007年第12期36卷 90-93页

作者：马新朝中国核工业第四研究设计院四达建设监理公司河北石家庄050021

介绍了巴基斯坦恰希玛核电C-2工程安全壳钢衬里筒体的基本状况,论述了saw焊接方法防止产生终端裂纹的方法,指出理顺主要工艺参数的匹配关系是消除焊缝宽度窄而余高大的基本控制方法,正确选择焊剂的颗粒度,并合理回收使用焊剂是减小气孔... 详细信息

介绍了巴基斯坦恰希玛核电C-2工程安全壳钢衬里筒体的基本状况,论述了saw焊接方法防止产生终端裂纹的方法,指出理顺主要工艺参数的匹配关系是消除焊缝宽度窄而余高大的基本控制方法,正确选择焊剂的颗粒度,并合理回收使用焊剂是减小气孔及焊缝表面压气、凹坑缺陷的重要途径,通过二次切割可减小翘曲等波浪变形现象。经验的总结可有效地指导大而薄钢板的拼焊生产,加强过程控制可保证焊缝的焊接质量。

关键词：钢衬里简体 saw 终端裂纹气孔匹配关系表面凹坑

工业化九国(地区)中小学教师职业状况之比较——来自saw的调查

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当代教育科学 2004年第15期 31-34页

作者：陈月茹山东师范大学教科院

教师是教育改革的核心，然而长期以来人们对他们的职业生活所思甚少，国际比较也廖若晨星。事实上教师对世界范围内同行们的职业生活很感兴趣。别国教师在任职资格、培训、待遇、工作时间及业绩评价等方面的信息为教师客观观照自身职业... 详细信息

教师是教育改革的核心，然而长期以来人们对他们的职业生活所思甚少，国际比较也廖若晨星。事实上教师对世界范围内同行们的职业生活很感兴趣。别国教师在任职资格、培训、待遇、工作时间及业绩评价等方面的信息为教师客观观照自身职业状况提供了参照系。同时，深入探讨中小学教师的职业状况也是寻求教育改革策略支持因素的题中应有之意，它为我们另辟了从教师职业资历来看待学生成绩的蹊径。

关键词：工业化国家中小学教师职业状况 saw 调查研究任职资格业绩评价

利用准谐频叉指换能器实现GHz高频saw滤波器

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应用声学 1999年第2期18卷 6-10页

作者：翟凡章德李勇谢中华南京大学声学研究所南京210093 南京电子器件研究所南京210016

本文利用准谐频设计方法，在常规光刻工艺水平上，成功地实现了ＧＨｚ级声表面波（ＳＡＷ）器件。准谐频叉指换能器（ＱＨＩＤＴ）的优点为：其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽，克服了单指换能器内指间的多次反射，并且又较好... 详细信息

本文利用准谐频设计方法，在常规光刻工艺水平上，成功地实现了ＧＨｚ级声表面波（ＳＡＷ）器件。准谐频叉指换能器（ＱＨＩＤＴ）的优点为：其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽，克服了单指换能器内指间的多次反射，并且又较好地解决了普通谐频叉指换能器基频抑制不好的缺点。本文给出了制作在ＳＴ石英基片上，工作频率１１２８ＭＨｚ的声表面波滤波器的实验结果。

关键词：声表面波滤波器准谐频 GHz saw

适用于saw传感器的DLC/ZnO/Si，DLC/ZnO/金刚石多层膜研究

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适用于SAW传感器的DLC/ZnO/Si，DLC/ZnO/金刚石多层膜研究

作者：肖琦天津理工大学

学位级别：硕士

化学毒气是严重威胁人的生命安全的一类气体总称。因此,需要在有人工作和生活的环境中实时高效的检测周围气体中有毒成分的含量。特别是对那些极有可能发生中毒事件的高危地区。声表面波气体传感器以其高灵敏度,响应速度快,体积小,成本... 详细信息

化学毒气是严重威胁人的生命安全的一类气体总称。因此,需要在有人工作和生活的环境中实时高效的检测周围气体中有毒成分的含量。特别是对那些极有可能发生中毒事件的高危地区。声表面波气体传感器以其高灵敏度,响应速度快,体积小,成本低,易携带等优点,在众多气体传感器中脱颖而出。特别是高Q值,无覆层的saw气体传感器,有着更高的检测灵敏度。但是,无覆层saw传感器的缺点是易受到水蒸气分子的影响,产生失真的噪声信号,在一定程度上影响了saw传感器的精确度。类金刚石(DLC)薄膜具有高硬度,高电阻率,高热导率,低摩擦系数以及优异的化学稳定性和抗腐蚀能力。它极不亲和水分子的特性,也使得它可以有效的排除水蒸气的噪声干扰,提高无覆层saw传感器的检测精度。同时,类金刚石膜的制备具有沉积温度低,沉积速率高,膜表面光滑平整,能大面积沉积,衬底选材广泛,设备简单等特点,也使其成为声表面波器件保护膜的最佳选择。本文采用磁激励射频等离子体增强化学气相沉积的方法(M-RF-PECVD),围绕着类金刚石的制备,做了以下工作: 1、在室温下,分别在玻璃和硅(Si)衬底上沉积一层类金刚石薄膜。并通过扫描电镜(SEM),傅立叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对类金刚石膜的一些特性进行了表征。从大量的实验数据中,总结出在反映压强为30Pa,入射功率为50W,CH4/Ar=5/90的实验条件下制备的含氢类金刚石薄膜表面平整,结构致密,膜基结合度良好,薄膜中以sp3键为主。 2、以ZnO/Si和ZnO/金刚石多层膜结构为目标,首先采用磁控溅射法在Si和金刚石衬底上生长ZnO薄膜,然后再在ZnO/Si和ZnO/金刚石结构上,采用RFPECVD法沉积类金刚石膜,并对多层膜结构的各层进行了SEM表征。实验表明,多层膜结构中,各层膜结构之间的结合度良好。 3、提出了在未抛光金刚石衬底上沉积类金刚石膜的设想,并做了初步的探索。结果表明,沉积DLC膜4个小时以后,金刚石生长面由于过于粗糙,没有明显变化。但是金刚石与衬底的接触面的形貌得到一定改善。总之,本文对DLC膜的制备做了主要的研究,并通过一系列的测试,确定DLC膜的最佳制备工艺。对DLC/ZnO/Si,DLC/ZnO/金刚石和DLC/金刚石多层膜做了初步的探索。为低温沉积DLC膜的工艺以及无覆层saw气体传感器的研究奠定了基础。

关键词： saw 气体传感器磁激励 RF-PECVD DLC 多层膜

适合saw器件的BN/diamond多层膜的制备与研究

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适合SAW器件的BN/diamond多层膜的制备与研究

作者：汪金文天津理工大学

学位级别：硕士

声表面波(Surface acoustic wave,saw)技术是一种新兴的高新技术,它是声学、电子学、光学相交叉的一门边缘学科。氮化硼((BN)是一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的新型宽带半导体材料。h-BN属于六方晶系,且具有高声波传输速率... 详细信息

声表面波(Surface acoustic wave,saw)技术是一种新兴的高新技术,它是声学、电子学、光学相交叉的一门边缘学科。氮化硼((BN)是一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的新型宽带半导体材料。h-BN属于六方晶系,且具有高声波传输速率和优良的透光性,因此可作为saw器件中合适的压电薄膜。据此提出由“h-BN/Diamond”形成的“压电薄膜/高声速薄膜”多层薄膜结构,来优化saw器件的“压电薄膜/高声速材料”多层膜结构。本论文使用的是射频磁控溅射方法,在硅衬底、金刚石衬底上通过改变工艺参数沉积了一系列氮化硼薄膜。并用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析研究薄膜的结构特性。实验结果表明:所沉积的薄膜均为六方氮化硼薄膜;溅射功率:200-250W之间,功率稍大的时候由于存在反溅射沉积速度慢,要增加溅射时间;衬底:P(100)型硅片;氮气分压比:20:4左右,太大以后会抑制BN薄膜的形成,太小薄膜生长速度会迅速下降;衬底负偏压:100-120之间,在这个区间形成的薄膜质量最好,但是要延长溅射时间;工作压强:1.2-1.6Pa:太大以后由于粒子能量比较大,所以氮硼粒子结合成BN的概率就变小,沉积速度很慢,而且压强达到一定时候2.0Pa附近的时候,会形成c-BN,这样也就不是纯净的h-BN薄膜。通过对沉积后的多层膜进行表征和分析发现:h-BN薄膜的颗粒比较均匀、表面比较平整、能够成片且紧凑的黏附在金刚石薄膜的表面,因此,可在金刚石衬底上沉积氮化硼薄膜形成“h-BN/Diamond”的“压电/高声速薄膜”多层薄膜结构,来制备优质saw器件。

关键词：不同衬底 saw 射频磁控溅射氮化硼薄膜傅立叶变换红外光谱

适用于高频saw器件的h-BN/diamond多层膜结构薄膜的制备与研究

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适用于高频SAW器件的h-BN/diamond多层膜结构薄膜的制备与研究

作者：韩睿琦天津理工大学

学位级别：硕士

声表面波(Surface acoustic wave ,saw)技术是二十世纪60年代末发展起来的一种新兴的高新技术,它是声学、光学和电子学相结合的一门边缘学科。h-BN属于六方晶系,是一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的新型宽带半导体材料,具有高... 详细信息

声表面波(Surface acoustic wave ,saw)技术是二十世纪60年代末发展起来的一种新兴的高新技术,它是声学、光学和电子学相结合的一门边缘学科。h-BN属于六方晶系,是一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的新型宽带半导体材料,具有高声波传输速率和优良的光学性能,因此可作为saw器件中合适的压电薄膜。据此提出“h-BN /Diamond”多层薄膜结构,来优化saw器件的“压电薄膜/高声速材料”多层膜结构。本文采用的是射频磁控溅射法分别在硅衬底和金刚石衬底上通过改变工艺参数沉积了一系列氮化硼薄膜,并用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析研究薄膜的结构特性。实验结果表明:所沉积的薄膜均为六方氮化硼薄膜;衬底温度为400℃左右,过低或过高都不利于h-BN的沉积;溅射功率:200-240W之间,功率过小,薄膜沉积速度慢,过大则会导致反溅射,都不利于薄膜的形成;衬底偏压为100V左右,偏压过小,成膜的速度慢,且不利于提高薄膜的纯度,而偏压过大,导致荷能粒子对正在成膜的衬底表面轰击过强,产生反溅射,也不利于薄膜的形成;工作压强为1.2Pa～1.6Pa,在这个范围内不仅薄膜沉积的速度比较理想,而且能使薄膜呈二维生长,有利于降低表面粗糙度;氮氩比为9:3左右,氮气含量在20%到25%时是最有利于形成h-BN薄膜的。通过对沉积的薄膜进行FTIR和SEM分析发现:h-BN薄膜的颗粒比较均匀、表面比较平整、能够成片且紧凑的黏附在金刚石薄膜的表面,因此,可在金刚石衬底上沉积六方氮化硼薄膜形成“h-BN /Diamond”的多层薄膜结构,来制备优质saw器件。

关键词： saw 射频磁控溅射 h-BN薄膜傅立叶红外光谱扫描电镜