声表面波温度传感器及其应用研究与开发

Supervisor :
Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P. R. China January, 2012
独创性声明
本人声明 所呈交 的学位 论文是 我个人 在导师 指导下 进行的 研究工 作及取 得的 研究成果。 尽我所 知，除 文中已经 标明引 用的内 容外，本 论文不 包含任 何其他个 人或集体已 经发表 或撰写 过的研究 成果。 对本文 的研究做 出贡献 的个人 和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
分类号 学校代码 10487
学号 M200972912 密级
硕士学位论文
声表面波温度传感器及其 应用研究与开发
学位申请人 ：汪可薇琪 学 科 专 业 ：光电信息工程 指 导 教 师 ：刘 文 教授 答 辩 日 期 ：2012.01.04
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering
3 光刻版图绘制软件设计 3.1 3.2 3.3 软件设计思路 ................................................................................. (29) 软件的具体实现及操作方法........................................................... (35) 本章小结......................................................................................... (38)
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□， 本论文属于 不保密□。 在 年解密后适用本授权书。
Research and development on surface acoustic wave temperature sensor and its application
Candidate : Major :
Wang Keweiqi Photoelectronic Information Prof. Liu Wen
II
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
目 录
摘 要 .......................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................... II 1 概论 1.1 1.2 1.3 声表面波技术简介............................................................................ (1) 项目的背景及意义............................................................................ (2) 本课题研究内容 ............................................................................... (3)
2 声表面波温度传感芯片设计及系统应用开发 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 声表面波基本理论与基片材料 ......................................................... (5) 温度传感芯片基本结构与原理 ......................................................... (7) 叉指换能器及其理论模型................................................................. (9) 温度传感芯片设计及模拟仿真 ....................................................... (16) 声表面波温度传感系统及其应用开发............................................ (24) 本章小结......................................................................................... (28)
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
摘
要
声表面波传感器(SAW Sensor)相对于一般的传感器而言具有一系列的优点。无线无 源的声表面波传感器是近年来发展起来的新型传感器，具有优良的性质和广阔的应用 前景。其无线无源的特性也大大拓展了传感器的应用领域，使恶劣环境下的传感监测 变得安全可靠。 本课题研究的无线无源声表面波温度传感器主要包含两个方面的内容， 一方面研究 声表面波温度传感芯片，主要目标是提高芯片的测温精度及可靠性。同时研究天线， 提高信号传输距离。另一方面研究无线无源温度传感器构成的温度传感系统及其应用， 例如如何用于高压变电站高压线路的温度测量，地埋电缆的温度测量等。本论文研究 的重点是测温芯片的设计与制备。 本论文主要介绍声表面波温度传感芯片的基本结构和原理，分析叉指换能器(IDT) 理论，分析叉指换能器的理论函数模型，包括 函数模型和模态耦合(COM)理论模型 等。论文拟利用窗口函数设计降低旁瓣，提高芯片测温精度。利用模态耦合理论模型 模拟仿真测温芯片。得到了很好的效果，并依据设计的芯片结构制备了芯片。 本论文编写了声表面波温度传感芯片光刻版图绘制软件， 详细说明包括软件的设计 思路及其算法实现。详细介绍软件的操作界面和操作方法，以便将来升级与更新软件。 软件实现了版图绘制功能，能准确快速的将设计的芯片结构绘制成光刻版图，用于后 续芯片的加工制备。 本论文利用光刻技术制备测温芯片。介绍光刻工艺和刻蚀工艺。芯片制备完成后对 芯片进行测试，得出芯片中心频率与设计频率基本相符，旁瓣得到抑制。并进行了大 量的对比测试，如不同加权函数的芯片对比，不同孔径、膜厚的芯片对比，得出海明 函数加权优于凯撒函数加权，大孔径芯片优于小孔径芯片等结论。
关键词：声表面波温度传感器 叉指换能器 光刻
刻蚀
I
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
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Wireless passive surface acoustic wave (SAW) sensor is a new type of sensor developed in recent years, with excellent properties and potential applications. Research of the wireless passive surface acoustic wave sensor consists two parts: one is surface acoustic wave chip for temperature survey, increase the temperature measurement accuracy and reliability. At the same time study the antenna for improve the transmission distance. The other hand, studies the application of wireless passive sensors, such as how high- voltage lines for high- voltage substation temperature measurement, temperature measurement of buried cables and so on. This thesis focuses on the design and fabrication of the surface acoustic wave chip. Describe the basic structure of the surface acoustic wave temperature sensor chip and the Inter digital transducer (IDT) theory. Introduce the Inter digital transducer function model, including the function model and couple mode (COM) theoretical model. Paper intends to use the window function design to reduce the sidelobe, improve chip temperature measurement precision. Using the couple mode theory theoretical model simulation of the chip. The results were very good, and on the basis of the chip structure design was chip. Introduction the software which can make the surface acoustic wave temperature sensor chip lithography territory map, including software and algorithm design ideas, software user interface and detailed method of operation. Software realize the layout drawing function, can accurately draw up the photolithography territory. Preparation of temperature measurement chip using photolithography, introduces the process of photolithography, after the completion of the preparation of this chip, analyze the test results in detail. Key words : Surface acoustic wave Sensor Photo- lithography Etching Inter digital transducer
4 声表面波芯片制备工艺与测试结果 4.1 光刻工艺简介 ................................................................................. (39)