【摘 要】
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本文设计并利用MEMS工艺制造出一种具有高灵敏度的温度测量的声表面波传感器(SAW),并对此进行了一系列的高温RF测量表征。结果表明该传感器可以实现高达800℃的高温温度测量
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本文设计并利用MEMS工艺制造出一种具有高灵敏度的温度测量的声表面波传感器(SAW),并对此进行了一系列的高温RF测量表征。结果表明该传感器可以实现高达800℃的高温温度测量。本文首先通过理论模型分析并使用COMSOL多物理场耦合分析软件,设计并仿真模拟了该SAW温度传感器,然后基于该仿真分析及各项参数,通过微纳加工工艺在铌酸锂晶片表面制作出谐振频率在400MHz左右、谐振频率下阻抗为50Ω的SAW温度传感器件,电极材料选择具有高熔点、高温稳定性的金属铂,表面使用二氧化硅作为钝化层。在制作过程当中进行了一系列的工艺步骤优化工作,分别使用正胶工艺、双层光刻胶工艺和反转胶工艺图形化叉指,并攻克了一系列技术瓶颈,光刻并剥离出清晰的既长又窄的SAW叉指电极及采用钝化层对微细线条进行高温下的钝化保护,从而实现了可重复性应用。对制作的SAW器件进行了一系列的处理比对,包括1.借助XRD与EDS工具对晶面指数与成分的分析,证明二氧化硅钝化层能够在高温下对铌酸锂表面起到保护作用,维持晶面与成分比例稳定,提高了材料的使用温度范围(高于原有设定的400℃),从而打破了铌酸锂不能用于高温测量的技术壁垒;2.利用网络分析仪、探针台和马弗炉搭建高温下的RF测量平台并对不同工艺下的SAW器件进行高温RF表征分析。对SAW温度传感器进行高温下的RF测量后,测得温频系数为-3KHz/℃,具有较好的线性特性,并具有较好的测量重复性,恒温状态下频率漂移较小,结果具有较好的一致性,有望应用于航空发动机内部高温实时测量。本文研究的SAW高温温度传感器针对航空发动机高温无线测量,是一项目标导向非常强的工作,是整个系统工程的前期工作,该研究的突破在于测量温度的上限已经突破了800℃,这是航空发动机温度测量的一个坎。在后期的研究工作当中,会着重于高温测量的无线研究及其传感器的实用性和工程性,即应用天线进行无线温度测量,任重而道远。
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