壓電化學(xué)傳感器的基片材料

理論上, 任何壓電晶體材料如石英、GaAs、LiTaO3 、LiNbO3 、Bi12 GeO2 等單晶都可用作壓電化學(xué)傳感器的基片。但由于在實(shí)際應(yīng)用中,頻率響應(yīng)受很多因素如溫度、質(zhì)量、壓力、濕度等的影響,故應(yīng)根據(jù)實(shí)際制作傳感器類型的需要,選用只對(duì)所需參數(shù)敏感的壓電材料。

如QCM 一般選用AT2切石英晶體,因?yàn)樗臏囟认禂?shù)為零(室溫時(shí)) 。石英晶體的優(yōu)點(diǎn)是它不需要人工極化處理,介電常數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好。同時(shí),它還具有機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。而在SAW 壓電基片的材料因結(jié)構(gòu)致密,尤其是有良好的表面性能,經(jīng)拋光后能達(dá)到很好的粗糙度。目前,SAW氣體傳感器的基片材料一般選用Y2Z 切鈮酸鋰(LiNbO3 ) ,根據(jù)需要也可以采用石英或ZnO2SiO22Si 半導(dǎo)體壓電基底結(jié)構(gòu)。

由于Y2Z 切鈮酸鋰具有很高的耦合系數(shù),因而可使用叉指數(shù)很少的低插入損耗叉指換能器( IDT) ,這樣可增大被薄膜覆蓋的SAW傳播路徑長度,以提高SAW氣體傳感器的靈敏度。鈮酸鋰SAW 振蕩器的一個(gè)缺點(diǎn)是存在比較顯著的溫度效應(yīng)。采用雙通道延遲線振蕩器結(jié)構(gòu),溫度效應(yīng)因差頻輸出而得到補(bǔ)償,如
圖4 所示。

圖4 　雙通道延遲線SAW振蕩器
Fig. 4 　Dual delay line SAWoscillator

在雙通道延遲線振蕩器結(jié)構(gòu)中, 一個(gè)通道的SAW傳播路徑被選擇性吸附薄膜所覆蓋而用于測量,另一個(gè)通道不覆蓋薄膜而用作參考,兩振蕩器的頻率經(jīng)差頻輸出,以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度和壓力等的補(bǔ)償。