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谐振型声表面波传感器因具有体积小、测量精度高、易于无线无源化等特点,能够胜任封闭狭窄环境及高速转部件等复杂条件下的温度、压力、振动、湿度、应变等环境参数的测量。目前,谐振型声表面波传感器多工作在P波段,器件和天线的尺寸相对较大,灵敏度相对较低。为满足无线传感网络对传感器件微型化和无线无源化的需求,有必要对工作频段更高、特征尺寸为亚微米量级的谐振型声表面波传感器的设计和制造开展深入研究。 本文首先阐述了谐振型声表面波传感器的核心部件—声表面波谐振器(SAWR)的工作原理。针对高频SAWR中存在显著二阶效应的特点,借助包含多种二阶效应的COM模型和两种有限元模型对128°Y-X LiNbO3和42°Y-X LiTaO3基底上的L波段SAWR进行设计和模拟,研究了二阶效应对器件响应的影响。为了使SAWR更易于集成,并进一步提高灵敏度,本文采用电子束曝光图形化方法,配合电子束蒸发和剥离工艺,开展亚微米特征尺寸的微型SAWR器件的制作。通过大量对比实验研究了抗蚀剂厚度、金属沉积、扫描方式、曝光剂量等关键参数对高质量栅状电极制备的影响,并对邻近效应的校正进行了研究,成功地在128°Y-X LiNbO3和42°Y-X LiTaO3基底上制作了L波段SAWR(整体尺寸小于0.5mm2和1mm2),掌握了制作亚微米特征尺寸SAWR的工艺方案。最后,用矢量网络分析仪对上述器件进行了测试,并开展了初步的温度和应变传感研究。测试表明,128°Y-X LiNbO3上SAWR的谐振频率为1.56GHz,温度灵敏度为125.4kHz/℃,是433MHz频段类似器件的4倍,应变灵敏度为831Hz/με。42°Y-X LiTaO3上SAWR的谐振频率为1.03GHz,温度灵敏度为25.3kHz/℃。在室温到+250℃的范围内,两者温度-频率特性的线性度良好。 本文设计了两种压电基底上的L波段SAWR,用包含二阶效应的有限元模型和COM模型的相结合方法对器件进行了模拟和优化;工艺方面,解决了SAWR图形的精确曝光与密集栅状结构的可靠剥离问题,总结的工艺流程对用电子束曝光技术制作密集亚微米平面结构具有一定的借鉴意义。