【摘要】本文系统阐述声表面波传感器的工作原理、仪器类型及优点，在此基础上，初步探讨氧化锌声表面波传感器的制作方法及工作原理。
【关键词】声表面波，传感器，氧化锌
近年来，传感器发展迅猛，不断推陈出新，先后出现的半导体、光纤、红外和声表面波等各种类型传感器，从而使得我们日常生活，工业生产有了更好的保障。声表面波（SAW）传感器是一种新型电子器件，具有小型化、高可靠、多功能、一致性好等优点，因此在雷达、电子战、声纳、无线通信、光纤通信及广播电视系统中得到广泛的应用。随着SAW传感技术的进一步发展，声表面波传感器必将具有更为广阔的应用前景。本文介绍SAW传感器的工作原理、仪器类型及优点，初步探讨氧化锌声表面波传感器的制作方法及工作原理，为研究氧化锌声表面波传感器提供理论指导。
一、SAW传感器
1.SAW传感器工作原理。SAW传感器基本结构是在压电基片上制作两个声-电换能器：叉指换能器。叉指换能器的作用是实现声电换能，它是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状一样的金属图案。SAW传感器工作原理为：基片一端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将输入电信号转变成声信号，此后声信号沿基片表面传播，最终由基片另一端的换能器（输出换能器）将声信号转变为电信号输出。所以整个声表面波器件功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行处理，并利用声-电换能器的特性完成。
2.SAW传感器类型。SAW传感器核心是SAW振荡器，根据SAW振荡器结构，可将SAW传感器分为两类：
（1）延迟线型SAW传感器。由放大电路和延迟线组成的延迟线型SAW传感器则是利用压电效应。叉指换能器（IDT）会被加以激励电信号，而后压电衬底将该信号再转换为SAW，并经延迟线传播至接收IDT，最后利用逆压电效应将SAW信号转换为电信号接收。一旦传感器基底受外界因素的影响，接收的SAW信号的相位及频率也会发生变化，这种相位和频率的变化量可作为外界因素变化的量度。
（2）谐振型SAW传感器。由发射/接收叉指换能器及两个全反射的反射栅组成的谐振型SAW传感器可通过反射栅阵列将声表面波反射并形成驻波，从而构成类似体波振子的谐振状态。SAW振荡器的振荡频率会因为外界因素影响发生变化，从而用于各种物理量的传感检测。延迟线型SAW传感器对于非接触环境下的传感、遥测、目标识别以及阵列传感器和多传感器的应用非常适合，但是有限的传感距离限制了其应用。而谐振型SAW传感器却因无线检测距离指标更优，近年来在无线传感领域的研究越来越多。
3.SAW传感器优点
（1）灵敏度高、精度高：因为是以频率信号输出，所以SAW传感器无需A/D转换便可与计算机或者嵌入式系统接口；另外SAW传感器抗干扰能力强，有效测量范围内敏感性好。
（2）低功耗、小体积、重量轻：SAW传播速度慢，较适合于制作小型器件；而SAW的能量集中在距表面一个波长范围内的深度，因此损耗低。
（3）因为SAW传感器是以SAW振荡器为信息感受器件，所以可以直接将被测的量的变化转换成频率变化，以便于传输、处理，极易与计算机直接配合，组成适应实时的处理系统。
（4）便于批量生产，符合产业化要求：SAW传感器中的关键部件（C SAW谐振器或延迟线）是采用的半导体平面制作工艺，极易集成化、一体化，结构牢固，质量稳定，重复性及可靠性好，易于批量生产。
二、氧化锌压电薄膜材料
氧化锌是II―VI族，具有电压和光电特性的半导体材料，氧化锌晶体在常温下的稳定结构是纤锌矿结构，属于六角晶系，其化学键处于离子键和共价键的中间状态。天然氧化锌晶体一般存在锌间隙和氧空位缺陷，在很多情况下，都有利于半导体材料的生成。
氧化锌具有紫外线发射、压电、气敏、透气导电等特性，尤其是声波传感性质。氧化锌具有Zn极性面和O的极性面的非中心对称结构，因此，它可以做成很好的压电材料，在化学性质方面也很稳定，有利于制备高质量的薄膜，从而为传感器的研究提供很好的帮助。 此外，氧化锌还可以制气体传感器、压敏电阻、太阳能电池，因此，针对氧化锌压电薄膜材料的研究具有非常重要的研究价值。
三、氧化锌声表面波传感器
1.制作方法。氧化锌声表面波的传感器，用RF磁控溅射氧化锌导波层到能激发水平剪切声波的压电衬底上，实现水平剪切声波模式到Love波模式的转变，然后利用水热合成的方法导波层上制备氧化锌纳米棒，作为Love波气体传感器的敏感材料，最后用RF磁控溅射的方法在氧化锌纳米棒敏感层上溅射Pt作为气体传感的催化剂。
2. 氧化锌声表面波传感器的优势。首先，氧化锌薄膜材料可以重复利用，其次，在实验时只要用洗净表面溅射的物质就行，一般氧化锌不会被反应，所以可以提供多次重复实验，此外，由于在化学上比较稳定缘故，让它稳定不易反应。氧化锌薄膜可以在特定的衬底上通过特定条件生长，氧化锌薄膜具有一些c轴取向薄膜所不具备的特性，如：机电耦合系数高达百分之六（而普通的薄膜耦合系数不足百分之一）。再者，氧化锌的晶格常数和热扩散系数都比一般材料更好。最后，在氧化锌特殊的声学性质方面，利用它对不同类型的波所表现出的不同传播方式，可以让它拥有更好的传感效果。
四、结论
本文系统介绍声表面波传感器的工作原理、仪器类型及优点，在此基础上，初步探讨氧化锌声表面波传感器的制作方法及工作原理，本研究为研究氧化锌声表面波传感器提供理论指导。
