[实用新型]一种NH3声表面波气体传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体地说是一种用于检测NH₃气体的声表面波气体传感器。

背景技术

SAW气体传感器的基本原理是通过SAW器件表面的质量加载，当感应膜选择性吸附被测气体时，薄膜与被测气体发生相互作用导致界面膜的物理性质发生变化，从而发生输出和输入频率的变化，引起声表面波振荡频率的漂移，以实现对待测气体的检测。

氨气是一种具有强烈刺激性臭味的无色气体，它即使在低浓度下也能刺激眼睛、鼻黏膜，使人作呕和头疼。此外，建筑施工中使用的混泥土添加剂中含有大量氨物质，在墙体中随温度、温度等环境因素的变化而还原成氨气释放出来，对人体造成危害。因此，如何精确及时地检测空气中氨气的浓度受到人们的广泛关注。因此要求对氨气的检测要有足够的灵敏度和选择度。在现有工艺条件下，提高氨气声表面波气体传感器的性能主要涉及敏感薄膜的制备与选择，压电衬底性能的提高，叉指换能器性能的提高。

发明内容

本实用新型为了避免现有技术存在的不足之处，提供了一种NH₃声表面波气体传感器，该声表面波气体传感器结构简单、制作工艺简化、选择性好、灵敏度高、性能稳定、检测质量高、导热性和耐热性好。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用技术方案如下：

一种NH₃声表面波气体传感器，包括双层压电衬底、输入叉指换能器、输出叉指换能器、单层敏感薄膜、对称镂空反射栅组成，其特征在于，所述输入叉指换能器、输出叉指换能器、单层敏感薄膜、对称镂空反射栅固定在双层压电衬底上；输入叉指换能器、输出叉指换能器位于单层敏感薄膜两端呈对称分布；输入叉指换能器、输出叉指换能器和对称镂空反射栅平行排列，对称镂空反射栅位于输入叉指换能器、输出叉指换能器的外端。

本实用新型结构特点还在于：

所述双层压电衬底采用的是ZnO和金刚石构成的双层膜结构，金刚石薄膜是利用微波等离子CVD法制备，厚度为18-22μm，ZnO薄膜是使用超真空射频磁控溅射系统在金刚石薄膜上制备，厚度为0.12-0.22μm。

所述单层敏感薄膜采用的是L-谷氨酸-HLc并掺入聚乙二醇为膜材料构成的单层敏感薄膜，采用LB成膜法制备，厚度为50-100nm。

所述输入叉指换能器、输出叉指换能器和对称镂空反射栅是在双层压电衬底上制备Pt膜，再用刻蚀工艺将Pt膜制成叉指换能器和镂空反射栅，厚度为45-55nm。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型包括双层压电衬底、输入叉指换能器、输出叉指换能器、单层敏感薄膜、对称镂空反射栅组成，其特征在于，所述输入叉指换能器、输出叉指换能器、单层敏感薄膜、对称镂空反射栅固定在双层压电衬底上；输入叉指换能器、输出叉指换能器位于单层敏感薄膜两端呈对称分布；输入叉指换能器、输出叉指换能器和对称镂空反射栅平行排列，对称镂空反射栅位于输入叉指换能器、输出叉指换能器的外端，整体结构简单，制作工艺简化。

所述双层压电衬底采用的是ZnO和金刚石构成的双层膜结构，可以满足性能稳定、检测质量高的要求。

所述单层敏感薄膜采用的是L-谷氨酸-HLc并掺入聚乙二醇为膜材料构成的单层敏感薄膜，稳定性好，具有较高的灵敏度、选择性好，可以检测微量NH₃气体。

附图说明

图1本实用新型涉及的NH₃声表面波气体传感器结构示意图。

图中标号：1基底、2输入叉指换能器、3输出叉指换能器、4敏感薄膜、5金刚石薄膜、6ZnO薄膜、7对称镂空反射栅。 

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

如图所示，在本实用新型的基底1硅上利用微波等离子CVD法，制备金刚石薄膜5，其沉积厚度20μm，要求晶粒细小，均匀，致密；然后对金刚石薄膜5表面抛光，先用金刚石微粉进行粗抛，再用二氧化硅为研磨料进行表面精密修复，使金刚石薄膜5表面粗糙度小于3nm。在金刚石薄膜5上使用超真空射频磁控溅射系统溅射一层纳米ZnO薄膜6，膜厚为0.15μm ，超真空射频磁控溅射系统中充入纯氧气体，工作温度为550℃。

在压电基片上，采用电子束蒸发法沉积一层厚度为100nm的Pt膜，经过刻蚀工艺制成输入叉指换能器2、输出叉指换能器3和对称镂空反射栅7，厚度为55nm。

选用L-谷氨酸-HLc并掺入聚乙二醇为膜材料，在压电基片上采用LB成膜法制备单层敏感薄膜4，厚度为60nm。