专利名称：一种多重薄膜结构的声表面波气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种多重薄膜结构的声表面波 气体传感器。
背景技术：
自从 1979 年，Wohltjin 和 Dessy 发表一篇声表面波(surface acoustic wave, SAW)用作气体传感器的论文以来，此领域日益活跃，人们正在研究把SAW微量传感器多方 面地应用于环境监测、化学处理控制及临床分析等领域，现有SO2、水蒸汽、丙酮、甲醇、H2、 吐5力02等多种声表面波气体传感器。声表面波气体传感器由SAW器件和敏感膜组成，前者 是指在压电基片上成对制作叉指换能器(interdigital transducer，IDT)而构成的能量转 换器械，后者是指用特殊工艺在SAW器件声波的传输通道上涂覆的对检测目的物有选择性 吸附作用的一层薄膜，当敏感膜吸附检测目的物以后，输出IDT上会出现输出交流电信号 的相位、频率和延迟等指标的改变，因此，检测SAW传感器输出IDT这些指标的改变，就可以 反映敏感膜对检测物的吸附，进而可以推断被测物质的量和浓度。现有的声表面波气体传感器单独使用半导体金属氧化物膜做敏感薄膜，如Sn02、 ZnO、WO3、CuO-ZnO、CuO- Sn02、Fe2O3-ZnCKAl2O3-ZnO等，虽然半导体金属氧化物膜电阻率大， 敏感度高，但其工作温度高，在室温下对多数气体的吸附能力弱，导致半导体薄膜的密度、 弹性系数以及电阻率的变化都很小，进而对声表面波的影响也很微弱；使用聚合物膜做敏 感薄膜，如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚异丁烯(PIB)、聚噻吩等，聚合物膜的优点是在 常温下对气体具有很强的吸附性，但其敏感度小，电阻率变化微弱；因此，为使传感器在室 温时具有高灵敏度，就必须同时利用聚合物膜在室温下对气体强大的吸附能力，以及半导 体金属氧化物膜特有的电阻率范围，使敏感薄膜对声表面波产生显著影响，大大提高传感 器的灵敏度。
发明内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多重薄膜结构的声表面波气体传感 器，以提高传感器在常温下对气体的灵敏度。本实用新型的多重薄膜结构的声表面波气体传感器，包括压电基片，所述压电基 片上设有输入叉指换能器和输出叉指换能器，所述压电基片上输入叉指换能器和输出叉指 换能器之间构成声表面波传播通道，在声表面波传播通道上覆盖有气体敏感薄膜，所述气 体敏感薄膜由从压电基片表面往外依次覆盖的金属氧化物薄膜层和聚合物薄膜层构成。进一步，所述金属氧化物薄膜层的厚度为5(Tl00nm，所述聚合物薄膜层的厚度为 20 40nm ；进一步，所述输入叉指换能器和输出叉指换能器一一对应且至少为两对，其中一 对之间的声表面波传播通道上未覆盖薄膜。本实用新型的有益效果在于本实用新型利用聚合物薄膜在上层吸附气体，输送到下层，与金属氧化物薄膜表面吸附的氧发生氧化还原反应，被氧俘获的电子就被释 放并返回薄膜表面内，使其传导电子数增加，极大的改变薄膜的电阻率，对声表面波的传播 产生较大的影响，在不明显增加工艺难度的情况下，显著的增强了传感器在常温下的灵敏度。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用 新型作进一步的详细描述，其中图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1中气体敏感薄膜的双层结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，本实用新型的多重薄膜结构的声表面波气体传感器，包括压电基片 1，所述压电基片1上设有输入叉指换能器2和输出叉指换能器3，所述压电基片1上输入叉 指换能器2和输出叉指换能器3之间构成声表面波传播通道4，在声表面波传播通道4上覆 盖有气体敏感薄膜5 ；如图2所示，所述气体敏感薄膜5由从压电基片1表面往外依次覆盖 的金属氧化物薄膜5a层和聚合物薄膜5b层构成；双层结构的气体敏感薄膜5，同时利用了 聚合物薄膜5b在室温下对气体强大的吸附能力，以及金属氧化物薄膜5a特有的电阻率范 围，使气体敏感薄膜5对声表面波产生显著影响，大大提高传感器的灵敏度。本实施例中，所述金属氧化物薄膜5a层的厚度为5(Tl00nm，所述聚合物薄膜5b 层的厚度为2(T40nm。本实施例中，所述输入叉指换能器2和输出叉指换能器3 —一对应且为两对，其中 一对之间的声表面波传播通道4上未覆盖薄膜；设置双通道，一条通道用于测量，另一条通 道用于对环境温度、湿度、压力等因素的补偿，当然还可以设置多个通道，分别覆盖对不同 气体敏感的薄膜，一次检测多种气体。上述压电基片1采用压电陶瓷、压电晶体或压电薄膜；叉指换能器的结构为延迟 线结构或谐振器结构；根据待测气体种类具体选择金属氧化物薄膜5a和聚合物薄膜5b， 如=NH3检测，金属氧化物薄膜5a选择ZnO-WO3,聚合物薄膜5b选择聚苯胺(PANI) ；CO检测， 金属氧化物薄膜5a选择CuO-ZnO，聚合物薄膜5b选择聚吡咯(PPY) ；丁烷检测，金属氧化物 薄膜5a选择Ru-ZnO，聚合物薄膜5b选择聚异丁烯(PIB);生成薄膜的方法可以采用现有的 技术，如溶胶_凝胶法、射频磁控溅射法、原位化学氧化聚合法、化学共沉淀法、直流反应磁 控溅射法等。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通 过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员 应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所 限定的本实用新型的精神和范围。
权利要求1.一种多重薄膜结构的声表面波气体传感器，包括压电基片(1)，所述压电基片(1)上 设有输入叉指换能器(2)和输出叉指换能器(3)，所述压电基片(1)上输入叉指换能器(2) 和输出叉指换能器(3)之间构成声表面波传播通道(4)，在声表面波传播通道(4)上覆盖有 气体敏感薄膜(5)，其特征在于所述气体敏感薄膜(5)由从压电基片(1)表面往外依次覆 盖的金属氧化物薄膜(5a)层和聚合物薄膜(5b)层构成。
2.根据权利要求1所述的多重薄膜结构的声表面波气体传感器，其特征在于所述金 属氧化物薄膜(5a)层的厚度为5(Tl00nm，所述聚合物薄膜(5b)层的厚度为2(T40nm。
3.根据权利要求1或2所述的多重薄膜结构的声表面波气体传感器，其特征在于所 述输入叉指换能器(2)和输出叉指换能器(3) —一对应且至少为两对，其中一对之间的声 表面波传播通道(4)上未覆盖薄膜。
专利摘要本实用新型公开了一种多重薄膜结构的声表面波气体传感器，包括压电基片，所述压电基片上设有输入叉指换能器和输出叉指换能器，所述压电基片上输入叉指换能器和输出叉指换能器之间构成声表面波传播通道，在声表面波传播通道上覆盖有气体敏感薄膜，所述气体敏感薄膜由从压电基片表面往外依次覆盖的金属氧化物薄膜层和聚合物薄膜层构成；本实用新型在不明显增加工艺难度的情况下，显著的增强了传感器在常温下的灵敏度。
文档编号G01N29/02GK201788171SQ20102029896
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者唱凯, 张可珺, 李发科, 贾双荣, 陈鸣 申请人:中国人民解放军第三军医大学第三附属医院