专利名称：一种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以气敏半导体金属氧化物和空气柱构成的二维声子晶体作为谐振器两端的反射栅的声表面波气体传感器，以获得性能优良的声表面波气体传感器件，属于声表面波技术领域。
背景技术：
声表面波气体传感器具有精度高、抗干扰能力强、灵敏度高、易于集成化、智能化等特点，广泛应用于甲醇、丙酮和水蒸气等不同气体的敏感检测(参见孙蕾等，大连理工大学硕士学位论文，2005)。1979年H. Wohltjen等人首先报道了基于声表面波技术的化学蒸 汽传感器，其主要机理是通过声表面波器件表面对待测气体的吸附，从而引起声表面波的传播速度发生变化，通过改变声表面波振荡器的振荡频率，实现对气体的检测(参见孙蕾等，大连理工大学硕士学位论文，2005)。此后，声表面波气体传感器得到了快速发展。1990年G. Wastson等人首次报道了采用高Q值声表面波谐振器结构的气体传感器，目前这种传感器已用于毒品检测系统中的气相层析装置(参见孙蕾等，大连理工大学硕士学位论文，2005)。从物理结构上来说，气体传感器的传感单元器件类型有两种，一种是延迟线型反馈单元结构，另外一种是以谐振器型反馈单元。其中，声表面波谐振器具有高品质因子和低损耗的特点以及良好的频率稳定度，但是声波的多次反射以及膜材料对声波吸收的影响比延迟线型要大得多，导致传感器检测的不稳定性(参见何世堂等，仪表技术与传感器，2009，增刊117-120)。为了提高声表面波谐振器型传感器的性能，许多研究者进行了器件结构的改进设计，同时随着应用的不断发展，在已有研究的基础上，合理设计新型声表面波气体传感器结构对于提高声表面波气体传感器性能有很强的实用意义。台湾吴政忠等人在2008年首次报道了一种新型声表面波谐振器件，他们利用二维声子晶体结构替代了传统的声表面谐振器件的一维金属条反射栅(Tsung-Tsong Wu, et al. 2008 IEEE InternationalUltrasonics Symposium Proceedings, 2008 :709-711)。该新型声表面波谐振器件中的二维声子晶体反射栅不仅使得声表面波的全向反射系数提高，从而可以获得更高效率的声表面波谐振器件，同时也减小了反射栅的尺寸，非常有利于获得高集成度的声表面波谐振器件，因此，这种利用新型声子带隙结构作为声表面波器件反射栅的研究对于声表面滤波器，声表面波谐振性气敏传感器有很大的现实意义(参见刘勇等，电子设计工程，2011，19(10) :186-192)。本发明提供了一种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，这种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器采用单端谐振器结构，以气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体作为谐振器两端的反射栅，其声子晶体反射栅兼具气敏和反射双重功能，而且二维空气柱声子晶体气体传感器结构具有表面积大、灵敏度高等特点；此外二维声子晶体反射栅相比传统的一维金属条反射栅，不仅反射效率更高，同时也减小了反射栅的尺寸，非常有利于获得高集成度的声表面波气体传感器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型声表面波气体传感器器件结构，获得具有气敏性能优良，反射效率更高，反射栅尺寸更小的性能优良的气体传感器器件。本发明的目的可以通过以下技术方案予以实现—种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，包括压电基片、制备在压电基片上的单端叉指电极谐振器以及谐振器两端的二维声子晶体反射栅，其采用气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体结构作为谐振器两端的反射栅。所述的基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其气敏半导体金属氧化物采用氧化钨、氧化锡、氧化锌、氧化铁、氧化钛或氧化铟制成。所述的基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其叉指电极谐振器采用 金属材料制成。所述的基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其二维声子晶体中空气柱的尺寸可根据实际应用中的谐振频率进行设计。所述的基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其所述压电基片采用铌酸锂晶片、石英晶片、氧化锌薄膜或氮化铝薄膜制成。本发明的有益效果是该新型声表面波气体传感器以气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体作为叉指电极谐振器两端的反射栅，其声子晶体反射栅兼具气敏和反射双重功能，而且二维空气柱声子晶体气体传感器结构具有表面积大、灵敏度高等特点；此外二维声子晶体反射栅相比传统的一维金属条反射栅，不仅反射效率更高，同时也减小了反射栅的尺寸，非常有利于获得高集成度的声表面波气体传感器件。
附图为基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。如前所述，利用二维声子晶体结构替代了传统的声表面谐振器件的一维金属条反射栅不仅使得声表面波的全向反射系数提高，从而可以获得更高效率的声表面波谐振器件，同时也减小了反射栅的尺寸，非常有利于获得高集成度的声表面波谐振器件，鉴于此点，本发明提出了一种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，即以气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体作为谐振器两端的反射栅。如图所示，本发明所涉及的一种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，即以气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体作为谐振器两端的反射栅。根据实际需要，可以通过器件模拟，确定声子晶体声表面波气体传感器的结构参数，如二维声子晶体中空气柱的尺寸等。由于本发明所涉及的声表面波叉指谐振器的制备工艺与传统均匀叉指换能器的制备工艺完全相同，同时微米级别的二维空气柱光子晶体制备技术已很成熟，因此不会对器件制备带来困难，采用上述发明内容部分中所述的技术方案，即可实现现实应用中的声表面波气体传感器的制备。·
权利要求
1.一种基于ニ维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，包括压电基片、制备在压电基片上的单端叉指电极谐振器以及谐振器两端的ニ维声子晶体反射栅，其特征在干所述声表面波气体传感器采用气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的ニ维声子晶体结构作为谐振器两端的反射柵。
2.根据权利要求I所述的基于ニ维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其特征在于所述气敏半导体金属氧化物采用氧化钨、氧化錫、氧化锌、氧化鉄、氧化钛或氧化铟制成。
3.根据权利要求I所述的基于ニ维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其特征在于所述叉指电极谐振器采用金属材料制成。
4.根据权利要求I所述的基于ニ维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其特征在于ニ维声子晶体中空气柱的尺寸可根据实际应用中的谐振频率进行设计。
5.根据权利要求I所述的基于ニ维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，其特征在于所述压电基片采用铌酸锂晶片、石英晶片、氧化锌薄膜或氮化铝薄膜制成。
全文摘要
本发明提供了一种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器，该传感器属于声表面波技术领域的一种新型气体传感器结构。这种基于二维声子晶体反射栅的声表面波气体传感器采用单端谐振器结构，以气敏半导体金属氧化物与空气柱构成的二维声子晶体作为谐振器两端的反射栅，其声子晶体反射栅兼具气敏和反射双重功能，而且二维空气柱声子晶体气体传感器结构具有表面积大、灵敏度高等特点；此外二维声子晶体反射栅相比传统的一维金属条反射栅，不仅反射效率更高，同时也减小了反射栅的尺寸，非常有利于获得高集成度的声表面波气体传感器件。
文档编号G01N29/024GK102841138SQ20111017281
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者刘勇, 莫家庆 申请人:新疆求是信息科技有限公司