[发明专利]IDT/ ZnO/ Al/金刚石多层膜结构的声表面波射频识别标签

说明书

【技术领域】

本发明属于自动识别技术和信息存储传输技术领域，特别是一种应用于现代电子学、声学、微电子工艺技术和雷达信号处理技术等的IDT/ ZnO/ Al/金刚石多层膜结构的声表面波射频识别(SAW-RFID)标签。

【背景技术】

近年来，移动通信的飞速发展，在多种多样、各具特色的射频识别系统中，利用声表面波(SAW)技术实现的射频识别（RFID）与传统的利用集成电路(IC)实现的RFID 相比具有许多独特的优势。声表面波射频识别(SAW-RFID)技术以声表面波器件为核心，克服了传统以IC芯片为核心的射频识别设备的一些缺点，并且具有无源，识别距离远，能识别高速运动的物体等特点，非常适用于车辆不停车收费识别，路标识别，铁路车辆车号识别；由于SAW-RFID抗高温、抗辐射，适用于需要高能量X-射线或伽马射线杀菌的食品或药品等产品上；还可以使用在金属和液体产品上。SAW射频标签是无源器件，不使用任何外界的电源，同时对阅读器的辐射功率要求低，SAW射频标签所需的阅读器辐射功率仅仅是传统IC标签的1/100；而且具有识别和传感的双重功能等优势。

然而由于现有的声表面波器件天线尺寸还比较大，导致其标签尺寸太大，声表面波标签还不能应用于零售等小物品的识别上。因此，如何使标签小型化等问题日益引起研究者的关注。目前一些单晶的SAW标签制作频率一般是在915MHz-1.2GHz范围内，因此识别距离有限，采用多层膜结构，可以制作高频率的SAW标签，并且标签性储存容量大，适应于多种环境中。

声表面波标签的基片和收发天线是整个标签系统的主体。标签的基片的材质、结构和技术特点决定了标签的工作频率、带宽和制造的难易程度；天线的优化设计可以在很大程度上缩小整个标签的几何尺寸；而它们之间的匹配则对标签的可靠性、稳定性起到至关重要的作用。

在以往的基于声表面波技术的RFID器件中，基片材料往往采用压电单晶或者压电陶瓷材料，由于这些材料自身的低机电耦合系数或低声速特点很难制备满足现代自动识别和信息传输系统所需求的高频率、大带宽的要求。而受标签尺寸的限制，一般的天线类型如喇叭天线，螺旋天线，反射面天线等都不适用于设计成标签天线。在IC卡标签中广泛应用的线圈天线，是一种利用线圈之间的电磁耦合来传送信息的近场天线，线圈天线工作频率小，一般在低频到高频之间，且作用距离在一米以内，因而也不适宜应用于高频声表面波标签上。

现有技术中的偶极子天线利用电磁波的反向散射来相互传递信息，是一种工作在超高频和微波波段，工作距离可达到10m 以上的远场天线。此外，偶极子天线还具有剖面低，结构简单等特点，适用于制作高频声表面波标签天线。

【发明内容】

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提供一种IDT/ ZnO/ Al/金刚石多层膜结构的声表面波射频识别标签。 

为实现上述发明目的，本发明公开了一种IDT/ ZnO/ Al/金刚石多层膜结构的声表面波射频识别标签，包括单端口谐振器与天线，其特征在于所述单端口谐振器采用IDT/ ZnO/ Al/金刚石多层膜结构，是在硅衬底上采用微波等离子CVD法制备金刚石膜，优选的沉积厚度应该大于由该标签中心频率所决定的声表面波3倍波长（                                                ），式中v为声表面波相速度，f为标签中心频率；然后在金刚石膜上使用电子束蒸发系统制备Al膜，要求Al膜的表面厚度40nm~100nm；再在Al膜上使用射频磁控溅射系统制备 C-轴取向的ZnO薄膜， ZnO薄膜具有较高的c轴取向，优选其平均偏离度小于＜1°,厚度为1/5-1/4声表面波的波长；最后在ZnO薄膜上使用电子束蒸发系统制备金属膜，再经过光刻制备出谐振器的叉指换能器和开路反射栅；优选的叉指换能器中叉指对数为24-28对，叉指电极宽度为0.4μm-1.2μm，叉指电极厚度为40nm-150nm；优选的换能器的电极宽度为。优选的反射栅为开路反射栅，设置4-8组，每组9-11对。反射栅金属化比率可以按照标签的具体要求进行设计。叉指换能器和反射栅是在电子束蒸发系统制备的金属Al膜上，经过光刻技术制备出标签的叉指换能器和反射栅形状。

所述标签天线是弯折偶极子天线。弯折偶极子天线作为标签的收发天线，其偶极子臂优选采用间隔距离不规则的直角来回弯折式，通过改变弯折次数, 可以有效地调整天线谐振特性。弯折偶极子天线可以增加天线的电长度，从而减少尺寸。此外，所述弯折偶极子天线的制作可以采用的是铝基覆铜板RF4介质板，天线的轮廓是由铜片制成。