[发明专利]一种用于气体传感器的声表面波谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及声学技术中的一种声表面波谐振器（以下简称SAW谐振器），特别是涉及一种用于气体传感器的具有铝/金电极结构的高Q值、低损耗与单一谐振模式的两端对声表面波谐振器。

背景技术

作为例子，常规结构的用于气体传感器的两端对SAW谐振器11，它是一种同步型的谐振器，由压电基片12和在其上设置的第一叉指换能器14和第二叉指换能器15及两个与之临近的第一短路栅反射器13和第二短路栅反射器16组成，如图1所示。两个叉指换能器和与之相邻的反射器边缘间距l₁和l₂为0.25λ（λ：声波波长），两个叉指换能器之间的距离为半波长的整数倍。在用于气体传感器之时，在整个器件的声传播路径上镀上敏感膜用于气体检测。但是由于敏感膜镀膜过程中，由于镀膜的液体材料导致对器件叉指及反射器电极的破坏，直接影响了器件的频响特性；此外，在整个器件表面镀膜将导致较大的声传播衰减，从而影响到了传感器的稳定性。

作为例子，常规结构的用于气体传感器的另外一种两端对SAW谐振器21，它也是一种同步型的谐振器，与同步型的谐振器11类似，它也是由压电基片22和在其上设置的第一叉指换能器24和第二叉指换能器25及两个与之临近的第一短路栅反射器23和第二短路栅反射器26组成，两个叉指换能器和与之相邻的反射器之间间隔与SAW谐振器11类似，与SAW谐振器11不同之处在于：为了避免敏感膜镀膜对电极的影响，在两个换能器之间加上了一层金属膜27（面积一般在2-4mm²），用于敏感膜的镀膜。但是这种结构不足之处在于，由于金属膜27的存在，使得SAW谐振器21的谐振腔过大，从而使得这种同步型谐振器的频率响应出现了多模式（如图4所示），但是，每个模式间损耗接近，Q值低，这就有可能在多个频率点满足振荡器的振荡条件，从而影响到了振荡器的频率稳定性，进而影响到气体传感器的稳定性。

此外，上述两个例子中的两种常规谐振器，一般采用铝材料作为器件的换能器与反射器电极，在某些有毒气体检测环境中易于受到腐蚀等，从而影响到气体传感器的稳定性与使用寿命。为改善这种待测气体环境中的腐蚀问题，部分文献提出采用金电极的谐振器结构(Avramov I D,Voigt A,Rapp M.Rayleigh SAW resonators using gold electrode structure for gas sensor applications in chemically reactive environments.Electronics Letters;2005;41(7):450-452.)，但是这种金电极一则增加了器件的制作成本，另外，金材料的高密度特点使其膜厚对器件的影响非常明显，这就增加了器件的制作工艺难度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的用于气体传感器的SAW谐振器所存在的一些问题；为了实现表面波谐振器具有低插入损耗，高Q值，良好的温度特性，单一谐振模式并且能够具有耐腐蚀的特点；从而提供一种以铝/金为叉指电极，以石英为压电基片，并采用换能器与反射器的不同间距的异步型SAW谐振器。

为实现上述发明目的，本申请提出了一种新型两端对SAW谐振器，其特征在于：所述的SAW谐振器31由压电基片32，在压电基片32上利用半导体工艺设置的第一叉指换能器34和第二叉指换能器35以及与两个叉指换能器相邻的第一短路栅反射器33和第二短路栅反射器36，和两个叉指换能器之间的用于气体传感器敏感膜载体的金属膜37组成。

所述的SAW谐振器31的第一叉指换能器34、第二叉指换能器中35、第一短路栅反射器33、第二短路栅反射器36以及两个叉指换能器之间的金属膜37均采用厚铝薄金的双层电极结构，其中铝的厚度为1%～1.3%λ（λ：声波波长），金的厚度为0.15%～0.25%λ。由于采用铝/金双层电极模式，并调整了叉指换能器与反射器间距以及金属膜的宽度，使得这种SAW谐振器具有单一谐振模式，低损耗和高Q值的特点。