[发明专利]一种集成式阻抗负载声表面波气体传感器

摘要

本发明公开了一种基于Si衬底的集成式阻抗负载声表面波气体传感器，包括衬底、压电层、输入/输出叉指换能器、反射叉指换能器、敏感叉指电极和气敏薄膜。通过在Si衬底上生长一层薄的SiO₂绝缘层和压电层，具有良好的温度特性；Si衬底材料具有低成本、大尺寸、可导电的特点，能与集成电路产业兼容；对叉指电极的排列结构进行了优化，能减少外接传感器造成的声波反射，同时可以减少连接线导致的寄生效应，叉指换能器和敏感叉指电极一次制成，确保了制造过程的简易性，易于大规模生产。本发明实现了传感器的无线无源测量，可以将易受外界影响的传感部分与信号传送部分分开，扩展了传感器的适用范围。

主权项

1.一种气体传感器，其特征在于，包括衬底、压电层、输入/输出叉指换能器、反射叉指换能器、敏感叉指电极和气敏薄膜；其中：所述衬底为绝缘材料层，用于生长压电层；所述衬底为生长在Si衬底上的SiO₂绝缘层；所述压电层制作在绝缘材料层之上，用于机械形变与电信号的转换，从而实现超声波和射频信号的转换；所述输入/输出叉指换能器、反射叉指换能器和敏感叉指电极为形状像手指交叉状的金属图案，用于实现声电换能；所述输入/输出叉指换能器、反射叉指换能器和敏感叉指电极依序制作在压电层表面上；输入/输出叉指换能器和反射叉指换能器平行对准，以便于超声波传输耦合；所述气敏薄膜沉积在敏感叉指电极区域上方，与敏感叉指电极共同构成传感结构，用于探测气体；所述输入/输出叉指换能器用于信号输入输出，其一方面将电信号转换为超声波，通过压电层传送至反射叉指换能器；另一方面，将反射叉指换能器送来的超声波转换为电信号输出；所述反射叉指换能器用于反射输入的超声波回到输入/输出叉指换能器，同时与传感结构相连，接收传感结构传来的信息；所述传感结构为传感器的敏感面，用于感知气体；工作时，随着待测气体浓度的变化，气敏薄膜的材料特性发生变化，引起传感结构的阻抗变化，导致与之相连的反射叉指电极的反射系数发生变化，因而反射到输入/输出叉指换能器的信号对应的反射峰包含了外界被感知量的信息，从而实现了气体信息的感知与传送。