專利名稱：一種NO₂聲表面波氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于多層膜結(jié)構(gòu)的NO2聲表面波氣體傳感器。
背景技術(shù)：
聲表面波氣體傳感器的工作原理是通過輸入叉指換能器與輸出叉指換能器之間通道上的敏感薄膜對(duì)待測氣體的吸附引起聲表面波傳感器速度的變化，從而發(fā)生輸出和輸入頻率的變化，引起聲表面波振蕩頻率的漂移，以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測氣體的檢測。聲表面波氣體傳感器發(fā)展于上世紀(jì)70年代，因聲表面波氣體傳感器具有體積小、重量輕、精度高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且制作工藝簡單，成本低，是氣體傳感器的重要補(bǔ)充。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，在工業(yè)廢氣、機(jī)動(dòng)車尾氣中含有大量的NO2, NO2有刺激性的特殊臭味，有毒，是酸雨的成因之一，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染也是多種多樣的，因此要求對(duì)氣體NO2的檢測要有足夠的靈敏度和選擇度。在現(xiàn)有工藝條件下，提高NO2聲表面波氣體傳感器的性能主要涉及兩個(gè)方面，一是叉指換能器性能的提高，二是敏感薄膜的制備與選擇，叉指換能器、敏感薄膜的性能直接決定了聲表面波氣體傳感器的性能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種NO2聲表面波氣體傳感器，該聲表面波氣體傳感器可以實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率、高靈敏度、有效檢測范圍線性佳以及工作穩(wěn)定高的需求。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用技術(shù)方案如下:—種NO2聲表面波氣體傳感器，由基底、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、敏感薄膜、吸聲電極組成，其中基底采用的是多層膜結(jié)構(gòu)，敏感薄膜為雙層敏感薄膜。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還在于:所述多層膜結(jié)構(gòu)，是在襯底硅上制備金剛石膜，其沉積厚度是20Mffl ;在金剛石膜上制備納米AL膜，AL膜厚度為0.10-0.15Mm ;在納米AL膜表面制備納米氮化硼B(yǎng)N膜，BN膜厚度為0.8-1.0Mm。所述輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、吸聲電極的制備，是在多層膜基底上制備AL膜，再將AL膜制成叉指換能器IDT電極和吸聲電極；其中叉指對(duì)數(shù)24對(duì)，叉指電極寬度
0.4Mm,叉指間距0.4Mm,厚度40nm,吸聲電極厚度為50nm。所述吸聲電極位于氣體傳感器的兩端。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:敏感薄膜穩(wěn)定性好，具有較高的靈敏度、較小的電阻率、較寬的禁帶寬度和較高的催化活性。多層膜結(jié)構(gòu)基底中的聲表面波(SAW)相速度很高，因?yàn)榻饎偸暠砻娌?SAW)相速度在所有物質(zhì)中是最高的，而BN和金剛石相速度差別小。BN膜和金剛石膜的材料熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高，當(dāng)器件承受大功率溫度升高時(shí)，中心頻率隨溫度升高而漂移很小，表現(xiàn)出很好的頻率溫度特性。多層膜結(jié)構(gòu)具有高機(jī)電耦合系數(shù)，因?yàn)樵贜B膜與金剛石膜之間加了一層AL膜，可以有效地提高機(jī)電耦合系數(shù)，由于AL膜層很薄，所以它對(duì)聲波傳播速度的影響可以忽略不計(jì)；另外多層膜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很小的速度頻散，即表面波(SAW)相速度隨頻率不同變化很小，有利于同時(shí)達(dá)到高頻、高機(jī)電耦合系數(shù)的要求。吸聲電極位于聲表面波氣體傳感器的兩端，起到吸收聲波的作用。

圖1本實(shí)用新型涉及的NO2聲表面波氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本實(shí)用新型的多層膜結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào):1基底、2輸入叉指換能器、3輸出叉指換能器、4敏感薄膜、5吸聲電極、6金剛石膜、7AL膜、8BN膜、9IDT電極。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖所示，本實(shí)用新型的基底I采用的是多層膜結(jié)構(gòu)。首先利用微波等離子CVD法，在襯底硅上制備金剛石膜6，其沉積厚度20Mm，要求晶粒細(xì)小，均勻，致密；然后對(duì)金剛石膜6表面拋光，先用金剛石微粉進(jìn)行粗拋，再用二氧化硅為研磨料進(jìn)行表面精密修復(fù)，使金剛石膜6表面粗糙度小于3nm。在金剛石膜6表面用直流磁控濺射的方法制作納米AL膜7。在納米AL膜7上使用超高真空射頻磁控濺射系統(tǒng)制備NB膜8。采用電子束蒸發(fā)法在BN膜8上沉積一層厚度為IOOnm的AL薄膜，粗糙度小于4nm，經(jīng)過刻蝕工藝制成叉指換能器電極9，吸聲電極5。叉指電極寬度0.4Mm，叉指間距0.厚度40nm。
權(quán)利要求1.一種NO2聲表面波氣體傳感器，包括基底、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、敏感薄膜、吸聲電極，其特征在于，所述基底為多層膜結(jié)構(gòu)，所述敏感薄膜為雙層敏感薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NO2聲表面波氣體傳感器,其特征在于，所述多層膜結(jié)構(gòu)中，是在襯底硅上制備金剛石膜，金剛石膜沉積厚度為20Mm ;在金剛石膜上制備納米AL膜，AL膜厚度為0.10-0.15Mm ;在納米AL膜表面制備納米氮化硼B(yǎng)N膜，BN膜厚度為0.8-1.0Mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NO2聲表面波氣體傳感器，其特征在于，所述輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、吸聲電極是在多層膜結(jié)構(gòu)基底上制備AL膜，再將AL膜制成叉指換能器IDT電極和吸聲電極；其中叉指對(duì)數(shù)24對(duì)，叉指電極寬度0.4Mm，叉指間距0.4Mm，厚度40nm,吸聲電極厚度為50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NO2聲表面波氣體傳感器，其特征在于，所述吸聲電極位于氣體傳感器的兩端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種NO2聲表面波氣體傳感器，包括基底、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、敏感薄膜、吸聲電極，其特征在于，所述基底采用的是多層膜結(jié)構(gòu)，所述敏感薄膜采用的是雙層敏感薄膜。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)新穎、精度高、分辨率高、靈敏度高、制作工藝簡單。
文檔編號(hào)G01N29/02GK203011891SQ201320000310
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月1日
發(fā)明者朱小萍 申請人:淮南聯(lián)合大學(xué), 朱小萍