專利名稱：一種多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波 氣體傳感器。
背景技術(shù)：
自從 1979 年，Wohltjin 和 Dessy 發(fā)表一篇聲表面波(surface acoustic wave, SAW)用作氣體傳感器的論文以來，此領(lǐng)域日益活躍，人們正在研究把SAW微量傳感器多方 面地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)處理控制及臨床分析等領(lǐng)域，現(xiàn)有SO2、水蒸汽、丙酮、甲醇、H2、 吐5力02等多種聲表面波氣體傳感器。聲表面波氣體傳感器由SAW器件和敏感膜組成，前者 是指在壓電基片上成對(duì)制作叉指換能器(interdigital transducer，IDT)而構(gòu)成的能量轉(zhuǎn) 換器械，后者是指用特殊工藝在SAW器件聲波的傳輸通道上涂覆的對(duì)檢測(cè)目的物有選擇性 吸附作用的一層薄膜，當(dāng)敏感膜吸附檢測(cè)目的物以后，輸出IDT上會(huì)出現(xiàn)輸出交流電信號(hào) 的相位、頻率和延遲等指標(biāo)的改變，因此，檢測(cè)SAW傳感器輸出IDT這些指標(biāo)的改變，就可以 反映敏感膜對(duì)檢測(cè)物的吸附，進(jìn)而可以推斷被測(cè)物質(zhì)的量和濃度?，F(xiàn)有的聲表面波氣體傳感器單獨(dú)使用半導(dǎo)體金屬氧化物膜做敏感薄膜，如Sn02、 ZnO、WO3、CuO-ZnO、CuO- Sn02、Fe2O3-ZnCKAl2O3-ZnO等，雖然半導(dǎo)體金屬氧化物膜電阻率大， 敏感度高，但其工作溫度高，在室溫下對(duì)多數(shù)氣體的吸附能力弱，導(dǎo)致半導(dǎo)體薄膜的密度、 彈性系數(shù)以及電阻率的變化都很小，進(jìn)而對(duì)聲表面波的影響也很微弱；使用聚合物膜做敏 感薄膜，如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚異丁烯(PIB)、聚噻吩等，聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)是在 常溫下對(duì)氣體具有很強(qiáng)的吸附性，但其敏感度小，電阻率變化微弱；因此，為使傳感器在室 溫時(shí)具有高靈敏度，就必須同時(shí)利用聚合物膜在室溫下對(duì)氣體強(qiáng)大的吸附能力，以及半導(dǎo) 體金屬氧化物膜特有的電阻率范圍，使敏感薄膜對(duì)聲表面波產(chǎn)生顯著影響，大大提高傳感 器的靈敏度。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感 器，以提高傳感器在常溫下對(duì)氣體的靈敏度。本實(shí)用新型的多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，包括壓電基片，所述壓電基 片上設(shè)有輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，所述壓電基片上輸入叉指換能器和輸出叉指 換能器之間構(gòu)成聲表面波傳播通道，在聲表面波傳播通道上覆蓋有氣體敏感薄膜，所述氣 體敏感薄膜由從壓電基片表面往外依次覆蓋的金屬氧化物薄膜層和聚合物薄膜層構(gòu)成。進(jìn)一步，所述金屬氧化物薄膜層的厚度為5(Tl00nm，所述聚合物薄膜層的厚度為 20 40nm ；進(jìn)一步，所述輸入叉指換能器和輸出叉指換能器一一對(duì)應(yīng)且至少為兩對(duì)，其中一 對(duì)之間的聲表面波傳播通道上未覆蓋薄膜。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型利用聚合物薄膜在上層吸附氣體，輸送到下層，與金屬氧化物薄膜表面吸附的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，被氧俘獲的電子就被釋 放并返回薄膜表面內(nèi)，使其傳導(dǎo)電子數(shù)增加，極大的改變薄膜的電阻率，對(duì)聲表面波的傳播 產(chǎn)生較大的影響，在不明顯增加工藝難度的情況下，顯著的增強(qiáng)了傳感器在常溫下的靈敏度。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用 新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中氣體敏感薄膜的雙層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本實(shí)用新型的多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，包括壓電基片 1，所述壓電基片1上設(shè)有輸入叉指換能器2和輸出叉指換能器3，所述壓電基片1上輸入叉 指換能器2和輸出叉指換能器3之間構(gòu)成聲表面波傳播通道4，在聲表面波傳播通道4上覆 蓋有氣體敏感薄膜5 ；如圖2所示，所述氣體敏感薄膜5由從壓電基片1表面往外依次覆蓋 的金屬氧化物薄膜5a層和聚合物薄膜5b層構(gòu)成；雙層結(jié)構(gòu)的氣體敏感薄膜5，同時(shí)利用了 聚合物薄膜5b在室溫下對(duì)氣體強(qiáng)大的吸附能力，以及金屬氧化物薄膜5a特有的電阻率范 圍，使氣體敏感薄膜5對(duì)聲表面波產(chǎn)生顯著影響，大大提高傳感器的靈敏度。本實(shí)施例中，所述金屬氧化物薄膜5a層的厚度為5(Tl00nm，所述聚合物薄膜5b 層的厚度為2(T40nm。本實(shí)施例中，所述輸入叉指換能器2和輸出叉指換能器3 —一對(duì)應(yīng)且為兩對(duì)，其中 一對(duì)之間的聲表面波傳播通道4上未覆蓋薄膜；設(shè)置雙通道，一條通道用于測(cè)量，另一條通 道用于對(duì)環(huán)境溫度、濕度、壓力等因素的補(bǔ)償，當(dāng)然還可以設(shè)置多個(gè)通道，分別覆蓋對(duì)不同 氣體敏感的薄膜，一次檢測(cè)多種氣體。上述壓電基片1采用壓電陶瓷、壓電晶體或壓電薄膜；叉指換能器的結(jié)構(gòu)為延遲 線結(jié)構(gòu)或諧振器結(jié)構(gòu)；根據(jù)待測(cè)氣體種類具體選擇金屬氧化物薄膜5a和聚合物薄膜5b， 如=NH3檢測(cè)，金屬氧化物薄膜5a選擇ZnO-WO3,聚合物薄膜5b選擇聚苯胺(PANI) ；CO檢測(cè)， 金屬氧化物薄膜5a選擇CuO-ZnO，聚合物薄膜5b選擇聚吡咯(PPY) ；丁烷檢測(cè)，金屬氧化物 薄膜5a選擇Ru-ZnO，聚合物薄膜5b選擇聚異丁烯(PIB);生成薄膜的方法可以采用現(xiàn)有的 技術(shù)，如溶膠_凝膠法、射頻磁控濺射法、原位化學(xué)氧化聚合法、化學(xué)共沉淀法、直流反應(yīng)磁 控濺射法等。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過參照本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所 限定的本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，包括壓電基片(1)，所述壓電基片(1)上 設(shè)有輸入叉指換能器(2)和輸出叉指換能器(3)，所述壓電基片(1)上輸入叉指換能器(2) 和輸出叉指換能器(3)之間構(gòu)成聲表面波傳播通道(4)，在聲表面波傳播通道(4)上覆蓋有 氣體敏感薄膜(5)，其特征在于所述氣體敏感薄膜(5)由從壓電基片(1)表面往外依次覆 蓋的金屬氧化物薄膜(5a)層和聚合物薄膜(5b)層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，其特征在于所述金 屬氧化物薄膜(5a)層的厚度為5(Tl00nm，所述聚合物薄膜(5b)層的厚度為2(T40nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，其特征在于所 述輸入叉指換能器(2)和輸出叉指換能器(3) —一對(duì)應(yīng)且至少為兩對(duì)，其中一對(duì)之間的聲 表面波傳播通道(4)上未覆蓋薄膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多重薄膜結(jié)構(gòu)的聲表面波氣體傳感器，包括壓電基片，所述壓電基片上設(shè)有輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，所述壓電基片上輸入叉指換能器和輸出叉指換能器之間構(gòu)成聲表面波傳播通道，在聲表面波傳播通道上覆蓋有氣體敏感薄膜，所述氣體敏感薄膜由從壓電基片表面往外依次覆蓋的金屬氧化物薄膜層和聚合物薄膜層構(gòu)成；本實(shí)用新型在不明顯增加工藝難度的情況下，顯著的增強(qiáng)了傳感器在常溫下的靈敏度。
文檔編號(hào)G01N29/02GK201788171SQ20102029896
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者唱?jiǎng)P, 張可珺, 李發(fā)科, 賈雙榮, 陳鳴 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院