基于ZnO单晶声表面波压力传感器的特性研究

基于声表面波(SAW)理论以及SAW谐振器的结构和工作原理,设计了一种基于声表面波(SAW)谐振式压力传感器。采用有限元软件COMSOL Multiphysics对ZnO单晶声表面波谐振器进行建模和仿真,提出符合声表面波振型的对称模态和反对称模态,计算出ZnO单晶的相速度为3 237.31 m/s。讨论了ZnO基底厚度对此压力传感器的相速度的影响,得出ZnO基底厚度越大,相速度越小。最后通过加载0~1 000 kg/m~2的质量块来模拟不同的压力对器件的频率响应的影响,结果显示压力的变化与谐振频率二者具有良好的负相关线性关系。通过拟合得出线性表达式。     

基于ZnO单晶声表面波射频标签的特性研究

针对基于声表面波技术的射频识别系统工作原理,提出利用COMSOL软件进行ZnO单晶材料射频波标签特性研究,进行多物理域耦合建模与仿真。提取出符合声表面波特性的模态图,得到正特征频率和反特征频率分别为268 MHz和275 MHz。通过对特征频率的仿真分析,计算ZnO单晶的相速度达到2 715 m/s;通过频率响应分析,画出标签位移与频率之间的关系图,获得了标签的幅频特性;最后讨论脉冲幅度编码对回波脉冲的影响。     

声表面波器件的反射特性及性能

为了准确分析反射型声表面波器件参数对其性能的影响,基于耦合模理论和P矩阵方法建立了器件的耦合模模型,分析得到器件的电反射特性即反射系数S11曲线,并在128°Y-X LiNbO3压电基片试制了频率为90 MHz的多种参数的器件,分析与测试结果表明:单个叉指换能器器件的S11中心频率为91.26 MHz,幅值为-20.58 dB,与理论分析结果91.44 MHz和-19.21 dB相近;带有反射栅的器件比单个叉指换能器件在中心频率处S11幅值增大约8.5 dB,谐振峰增多,时域曲线有明显的反射峰信号,验证了反射栅的反射特性;叉指换能器叉指对数减小使器件中心频率处的S11幅值减小,时域中的回波信号更尖锐,信噪比明显增大,表明对数较多的IDT具有较强的反射特性,对回波信号干扰较大,过小的叉指对数对器件声电转换效率影响很大,会使器件性能下降;较大的反射栅指条数对回波信号影响不大,但过小的指条数会降低反射栅反射系数,使得回波信号信噪比减小,纹波增多.     

一种IDT/(002)ZnO/SiO2/Si多层结构的声表面波器件

以IDT/(002)ZnO/SiO2/Si多层结构的声表面波器件为研究对象,通过有限元软件对单对叉指的三维结构进行有限元仿真,得到了不同的ZnO膜厚对SAW器件所激发瑞利波的相速度、机电耦合系数的影响规律,以及SiO2膜厚与SAW器件频率温度系数之间的关系.采用热氧化、射频磁控溅射以及光刻工艺在Si衬底上分别制备SiO2膜、ZnO膜和IDT,制备了三组不同ZnO膜厚的延迟线型SAW器件.通过X射线衍射仪对制备的ZnO薄膜进行检测,结果表明ZnO薄膜具有良好的(002)晶体取向以及良好的结晶质量.采用矢量网络分析仪对所制作SAW器件进行了测试,得到了器件的传输曲线,实验结果与有限元仿真结果具有较好的一致性.     

声表面波温度传感器的研究

研究了声表面波温度传感器的敏感机理，延迟线设计的若干准则，结构参数设计的方法选择，以及配套电路设计，并对频温特性的测试进行了探讨。     

应用耦合模理论分析S型声表面波器件特性

报道了在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制的结构新型的S型声表面波器件, 它将输入换能器激发的声表面波中心对称分成两路,分别由各自输出换能器检测输出.应用耦合模理论详细分析了该声表面波器件的特性,并应用网络分析仪测量该声表面波器件的特性以验证分析结果的正确性.结果表明,理论计算值与实验结果相近.     

S型声表面波质量传感器特性研究

S型声表面波质量传感器采用中心对称的双声路结构,一声路作为参考声路;另一声路作为测量声路。从理论上分析了该传感器的幅度-频率特性、质量-频率特性和温度-频率特性,并采用网络分析仪测量了该传感器的三组特性。结果表明:理论分析与实验结果基本相近。     

延迟线型声表面波传感器的研究

声表面波传感器(SAW)可用于检测温度、压力、磁场、电场、加速度、应力、应变、流量、 气体等其工作模式基本上可分为两类延迟线型和振子型本文所要介绍的是作者近期在 德国慕尼黑工业大学检测技术研究所访问研究期间所涉及的一种延迟线型传感器     

ZnO薄膜紫外探测器的研制

利用射频磁控溅射技术在SiO2/n-Si衬底上制备了ZnO薄膜,并在薄膜上制作了Ag-ZnO肖特基二极管和Ag-ZnO-Ag肖特基MSM叉指结构的紫外探测器。所制备的ZnO薄膜具有良好的c轴择优取向,表面平整,在可见光范围具有较高的透射率,吸收边在370 nm附近;所制作的肖特基二极管显示了良好的整流特性,有效势垒高度约为0.65 eV;所制作的MSM紫外探测器在5 V偏压下漏电流为3.3×10-8A,在紫外波段有较高的响应度,光响应度峰值在365 nm附近。     

基于SAW原理汽车转向扭矩测量的研究

针对市场上已有的电动助力转向EPS(Electric Steering System)扭矩测量装置存在的易受噪声干扰、寿命较短、构造复杂且供电困难等缺点[1],提出基于声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)原理对转向扭矩进行测量的方案,能够进一步实现EPS系统扭矩测量装置的轻型化和数字化.基于COMSOL软件强大的物理分析功能,对测量方案中关键的主轴和压电基片进行理论和仿真研究,并且基于Matlab软件对仿真结果进行统计和分析,验证了该方案的可实施性.     

基于微通道的ZnO纳米棒生物荧光检测研究

利用种子法和水热合成技术,分别在常规条件下和阵列式微通道中制备氧化锌(ZnO)纳米棒.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等分析方法表征ZnO纳米棒的表面形貌特点和晶体结构.结果表明:微通道中制备的ZnO纳米棒的比表面积、结晶度和c轴取向性均有较大程度的提高.同时,建立了基于阵列式微通道的ZnO纳米棒生物荧光检测方法,利用ZnO纳米棒可显著增强荧光信号,对异硫氰酸荧光素标记的羊抗牛IgG抗体的检测限为1×10-4 μg/mL.     

SAW应变测量中谐振频率提取技术研究

声表面波（SAW）应变测量中,所要处理的回波信号具有瞬时、中频、窄带的特点,传统的傅立叶变换（FFT）频谱分析法的频率分辨率受信号采样长度的制约,无法满足SAW应变测量的精度要求。通过对SAW谐振器工作原理的分析,采用基于数字下变频技术测量回波信号频率,仿真验证和对实测信号的测量证明了该测量方法的可行性与有效性。     

基于微接触印刷的ZnO紫外传感器特性研究

采用微接触印刷技术和水热生长方法在硅基底上实现了ZnO种子层的图案化转移与纳米线阵列的可控制备。利用X射线衍射(XRD)、能量色散谱(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对制备的ZnO纳米线晶体结构、化学组分以及表面形貌进行了表征,并对制备的ZnO纳米线传感器进行了紫外特性测试。测试结果表明:随着紫外光强度的增加,传感器的光暗电流比和光响应度也随之增加。当紫外传感器偏压在4.5 V时,其光暗电流比为80.8,响应度可达4.05 A/W。     

氩氧比对ZnO薄膜特性的影响与紫外探测器的研制

利用射频磁控溅射技术在SiO2／n—Si和玻璃衬底上制备ZnO薄膜,研究了溅射气体氩氧比对薄膜特性的影响,在氩氧比为2：3下所制备的ZnO薄膜c轴择优取向相对较好,薄膜的颗粒随氩氧比的增加而增大,所制备的薄膜在可见光均具有较高的透射率,吸收边在360-380nm附近;并在以SiO。／n—Si为衬底,氩氧比为2：3,经过退火处理的ZnO薄膜上制作Ag-ZnO—Ag肖特基MSM叉指结构的紫外探测器,所制作的探测器在5V偏压下漏电流为3．3×10^-8A,在紫外波段有较高的响应度,光响应度峰值在365nm附近。     

基于Zig Bee的紫外型手持火焰检测系统设计

针对火灾过后残余火种的检测,提出了一种将紫外线传感器与Zig Bee无线网络相结合的手持火焰检测系统,通过对检测系统的拓扑结构与传感器节点的软硬件设计,实现了在各种复杂环境下准确检测火焰的功能。实验结果证明：手持设备可以在5 m的范围内准确检测到火焰长度大于1 cm的残余火种,在实时性、准确性、可靠性及环境适应性等方面可以较好地满足应用需求。     

氧化锌纳米棒/单晶硅的酒精传感器研究

首先采用射频溅射在单晶硅(Si)上制备氧化锌(ZnO)薄膜,作为生长ZnO纳米棒的晶种层,再在水热条件下生长ZnO纳米棒.X射线衍射、X射线能量色散谱,扫描电镜及室温光致发光谱对样品的物相结构、成分、表面微观形貌和晶体缺陷进行了表征.结果表明合成的ZnO纳米棒是六方纤锌矿结构,长径比较高,结晶良好.研究了ZnO纳米棒/单晶Si传感器在空气和酒精气体中的电压-电流(Ⅰ-Ⅴ)特性,阻抗谱及响应-恢复时间.该传感器在+6 V的偏置电压下,其电阻在0.08 g/L酒精气体中下降71%,响应时间小于1 min,可以作为一种新型的酒精气体传感器.     

基于仿真的高速电路主板系统信号完整性研究

为了缩短电子产品研发周期和提高产品设计的成功率,提出了解决信号完整性问题的端接匹配法.首先分析了所面临的信号完整性问题,在此基础上建立了数学模型,指出关键参数的选取与判断是设计过程中的难点.对一具体实例进行仿真研究和参数优化,结果表明了该方法在解决串扰和反射方面的有效性.     

New sensitive coating based on modified diamond nanoparticles for chemical SAW sensors

A growing interest in diamond materials has been shown in the recent year for the design of smart chemical and biochemical sensors due to the remarkable physical and chemical properties of diamond. In this paper, modified diamond nanoparticles (DNPs) coatings are investigated as sensitive layers on surface acoustic wave sensor (SAW sensor) for the detection of volatile chemicals. DNPs are deposited onto SAW transducers by a layer-by-layer deposition method and then surface treated to fix them on the substrate and to enhance their affinity to specific compounds such as nitro-aromatic compounds, nerve-agent stimulants, or toxic gases. Homogeneous and reproducible coatings were achieved. The diamond coatings’ surface was either oxidised or reduced to see the effect on the response to ammonia gas, ethanol, DNT or DMMP vapours exposures. The sensors were generally very sensitive to the target chemicals and the response fully reversible. Oxidation of the surface promoted hydrogen-bond formation and therefore enhanced the response to most vapours under test. Even though the sensors were not very selective, we demonstrated the suitability of DNP coatings as stable and reliable sensing interface. This opens up wide opportunities for immobilizing more selective and highly sensitive chemical/biochemical receptors onto SAW transducer surfaces via strong covalent binding of those receptors on diamond nanoparticles deposited homogeneously on the SAW sensors surfaces.