Конструкции сенсоров на ПАВ

Высокая избирательность устройств на ПАВ, их устойчивость против шумов и помех, успешное применение для их создания микросистемных технологий обусловили то, что в последнее десятилетие активизировались разработки на их основе и других разнообразных высокочувствительных сенсоров. Используются несколько основных конструкций сенсоров на ПАВ: на поверхности толстой (кремниевой) основы 1 (рис. 7.13,а) и на тонкой мембране (рис. 7.13,б). В последнем случае мембрану 2 получают путем анизотропного травления толстой основы 1. На поверхности формируют встречно-штыревые электроды 3, поверх которых наносят пьезоэлектрические пленки 4. Над той частью поверхности, вдоль которой распространяются поверхностные акустические волны 5, возникает чувствительная зона 6. "Чувствительна" она в том смысле, что скорость распространения ПАВ, их амплитуда, фаза, частота оказываются очень подвержены влиянию многих факторов: давления, температуры, химического состава внешней среды. Появление в этой зоне даже незначительной дополнительной массы меняет скорость распространения волны 5, ее интенсивность, вследствие чего между переменным электрическим напряжением на входе и на выходе ВШП возникает дополнительная разность фаз и амплитуд. Измеряя эту разницу, можно определить величину дополнительной массы. Сенсоры на мембране оказались чувствительнее, чем сенсоры на толстой основе.

Рис. 7.13. Возможные конструкции сенсоров на ПАВ: а) на толстой основе; б) на пьезоэлектрической пленке; в) с отражателем ПАВ

Вариантом конструктивного исполнения сенсоров на мембране является формирование ВШП не с одной стороны пьезоэлектрической пленки, а с обеих, как это показано на рис. 7.13,в, и использование отражателя ПАВ 7. В этом варианте один и тот же пьезоэлектрический узел 3 используется и как излучатель, и как приемник ПАВ. Поскольку волна проходит расстояние к отражателю 7 и обратно, то при сохранении предыдущих размеров время распространения волны оказывается вдвое больше. Это дает выигрыш в чувствительности. Если же зафиксировать время распространения волны, то ПАВ элемент такой же чувствительности становится на 30-40% короче.

Обратим еще раз Ваше внимание также на то, что периодичность расположения штырей прямо определяет частоту резонансной несущей поверхностной волны. Чем более высокую плотность расположения штырей может обеспечить применяемая технология, тем более высокой частоты ПАВ можно использовать. При использовании нанотехнологии, обеспечивающей возможность формирования штырей с периодом 200 нм, можно работать например, с ПАВ частотой порядка 20 ГГц. От этого можно получить значительный выигрыш в чувствительности, избирательности и быстродействии сенсоров на ПАВ.