Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [43] 44 45


8Х ВШП О


Вых ВШП о

/ Сорбент \

Mf f f

-znoofimkm)

Рис. 8.20. Детектор водорода:

в - схема измерения; б - отклик ni»i абсорбции и десорбции

Рис. 8.21. Сорбционный датчик концентраций с разделительной кремниевой мембраной

сорбционных детекторов на ПАВ в газовой хроматографии указывают на их неконкурентоспособность в зтой области. В сравнении с промышленными детекторами они проигрьшают по чувствительности, линейности и динамическому диапазону [193].

Представляют интерес применения ПАВ-приборов в качестве датчиков скорости ионно-плазменного травления. В основе работы датчика лежит эффект увеличения РДИны звукопровода в результате вытравливания в нем канавок. Датчик вьшолнен по автогенераторной схеме с линией задержки из пьезокварца. Частота генератора 80 МГц. При травлении кварца в плазме аргона после первых 10-15 секунд, в течение которых скорость ПАВ меняется из-за облучения звукопровода ионами Аг* (доза 10" ион/см), процесс стабилизировался. За время около 10 мин сдвиг частоты за счет увеличения эффективной длины линии задержки составлял около (1-1,5)-Ю"" в зависимости от режимов установки травления.

Герметичный ПАВ-датчик концентраций паров. Одной из главных проблем применения ПАВ-датчиков в качестве химических детекторов и анализаторов является проблема дестабилизирующего влияния окружающей среды на ПАВ-преобразователь. Отчасти это является следст-

вием большой масс-чувствительности ПАВ-приборов, отчасти - влияния термо уда ров. Заметный эффект дает паразитное аэродинамическое нагружение поверхности звукопровода. В поисках решений, обеспечивающих защиту ПАВ-преобразователя от действия окружающей среды, в [197] предложен сорбционный датчик на основе тонкой мембраны. На одной стороне мембраны формируется ПАВ-структура, на другой -сорбент. При этом мембрана выполняет две функции, одна из них - разделение герметизированной полости с ПАВ-преобразователем и рабочей среды с сорбентом. Кроме того, мембрана выполняет функцию звукопровода, по которому распространяется ПАВ. Конструкция"датчика показана на рис. 8.21. Тонкая мембрана (83 мкм) вытравлена в кристалле кремния [100] толщиной 400 мкм. ПАВ-структура сформирована слоистой системой Si-ЗЮг-ZNO. Пленка окиси цинка (16 мкм) обладает пьезоэффектом. С помощью ВШП на поверхности этой пленки формируется линия задержки. Толщина мембраны t выбрана несколько меньшей, чем длина волны Хо на рабочей частоте ПАВ-преобразователя {tfKo = 0,808). Благодаря этому часть энергии волны с верхней поверхности звукопровода проникает на нижнюю поверхность мембраны, на которую нанесен сорбент. Изменение концентраций паров над сорбентом приводит к изменению его массы, и, как следствие, масс-нагрузки нижней поверхности мембраны. В результате изменяется скорость распространения волны между входным и выходным ВШП.

В эксперименте в качестве сорбента использовался фоторезист. После напыления в виде пленки толщиной 10 мкм он подвергался дублению. Указанный фоторезист хорошо растворим в ацетоне и метаноле и не растворяется в воде. Насыщение воздуха парами ацетона и метанола приводило к сдвигу частоты ПАВ-генератора 30 МГц на 25-30 кГц. При насыщении воздуха парами воды сдвиг не наблюдался. Время отклика для скачка концентраций ацетона составляло около 20 мкс. Для сорбентов с меньшей толщиной покрытия время отклика соответственно уменьшалось (для пленки 1 мкм - 1,5 мин), величина эффекта, естественно, была меньше - 2,3 кГц.

Описанная схема может оказаться особо перспективной при создании интегральных кремниевых преобразователей, в которых на одной подложке формируются как чувствительный элемент, так и электронная схема к нему.



список ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малов BJB, Пьезорезонансные даэтики. М.: Энергия, 1978.

2. Физическая акустика. Том 1. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Часть А/Под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1960.

3. Справочник по кварцевым резонаторам/Под ред. П.Г. Позднякова. М.: Связь, 1978.

4. Смагин А.Г., Ярославский МЛ. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М.: Энергия, 1970.

5. Интегральные пьезоэлектрнческне устройства фильтрации и обработки сигналов: Справочное пособне/В.В. Дмитриев, В.Б. Акпамбетов, Е.Г. Бронникова н др.; Подред. Б.Ф. Высоцкого, В.В. Дмитриева. М.: Радио н связь, 1985.

6. Ультразвук. Малая энциклопедия/Под ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979.

7. Най Дж. Физические свойства кристаллов. М.: Мир, 1967.

8. Зарембо Л.А., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966.

9. Федоров Ф.И. Упругие волны в кристаллах. М.: Наука, 1965.

10. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир, 1974.

11. Викторов ИА. Физические ошовы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966.

12. Кондратьев СН., Петржик Е.А. Материалы для устройств на поверхностных акустических волнах Зарубежная радиоэлектроника. 1986. № 1. С 31-41.

13. Викторов Н.А, Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981.

14. Поверхностные акустические волны: Пер. с англ./Под ред. Олинера М.: Мир, 1981.

15. Фильтры на поверхностных акустических волнах: Пер. с англ./Под ред. Г. Мэттьюза. М.: Радио и связь, 1981.

16. Алексеев А.Н., Злоказов МЛ. Управляемые устройства обработки сигналов на ПАВ Зарубежная аиектронная техника. М.: ЦНИИ "Электроника", 1980. № 10. С 3-64.

17. Карийский СС Устройства обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М.; Советское радио-, 1975.

18. Поверхностные акустические волны - устройства и применения. Тематический выпуск. ТИИЭР, 1976. Т. 64, № 5. С. 1-324.

19. Акустические кристаллы/Под ред. М.П. Шаскольской. М.: Наука, 1982.

20. Альтшуллер Г.Б., Елфнмов Н.Н., Шакулин В.Г. Экономичные миниатюрные кварцевые генераторы. М.: Связь, 1979.

21. Альтшуллер Г.Б., Елфимов НД., Шакулин В.Г. Кварцевые генераторы. М.: Радио и связь, 1984.

22. Новнцкнй П.В., Кяоррннг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1970.

23. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1981.

24. Левшина Е.С., Новицкий ПЛ. Электрические измерения фнзнческях величин (Измерительные преобразователи). Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.

25. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983.

26. Колешко В.М., Мешков Ю.В. Микроэлектронные преобразователи информации на поверхностных акустических волнах Зарубежная электронная техника. М.: ЦНИИ "Электроника", 1985. № 9.

27. Малов В.В. Разработка и исследование частотных датчиков механических величин на основе управляемых пьезоструктур: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1971.

28. Голембо В.А., Котлиров В.Л.,Швецкий Б.И. Пьезокварцевые аналогоч;нф-ровые преобразователи температуры. Львов: ЛГУ, 1977.

29. Holland R., Eer-Nisse Е. Design of Resonant Piezoelectric Devices Research Monographs. 1969. N 56, Cambridge, MIT Press.

30. Langdon R.M. Resonator sensors - a review !. Phys. E. Sci. Instrum. Vol. 18. P. 103-115.

31. Химическое формообразование в технике интегральных пьезодатчнков/ Н.М. Быстрова, Л.П. Лаврищев, Э.Г. Раков н др. Материалы конференции "Датчики на ошове технологии микроэлектроники". М.; МДНТП. 1986. С. 114-117.

32. Кварц дает частоту 525 МГц. Электроника. 1981. №5. С 141.

33. Дюжнков В.И., Лавров В.А., Прядко В.Е. Плазменные методы обработки кварцевых кристаллических элементов Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. Вып. 3/48. 1982. С. 63-66.

34. Кварцевый резонатор из бездислокацнонного кристалла добротностью 700- 10* при 2 К/А.Г. Смагин и др. Метрология. 1973. № 9. С. 39-46.

35. Thurston R.N., McSkimin Н.Т., Andteatch P. Third-order elastic coefficients of quaтtz Joш:n. Appl. Phys. 1966. Vol. 37. P. 267-275.

36. Grudkowski T.W. e.a. Fundamental mode VNF/UHF bulk acoustic wave resonators and filters on silicon UltaasonicsSymposium, 1980. P. 829-833.

37. King J.C, Sander H.H. Transient change in Q-and frequency of T-cut quartz resonators following exposure to pulse JT-rays/ZIEEE Trans. Nucl. Sci. 1973. Vol. 20, N6. P. 117-125.

38. Kustets J.A. The SC-cut crystal - an overview Proc. 1981. ULtiasoiUcs Symposium. P. 402-409.

39. Альтшуллер Г.Б. Управление частотой кварцевых генераторов. М.: Связь, 1975.

40. Боруи Э.М., Масленников А.Н., Френкель АЛ. Автогенератор для возбуждения кварцевых резонаторов на коаксиальном кабеле Электронная техника. Сер. Радиокомпоненты. 1973. Вып. З.С. 99-100.

41. Цифровой кварцевый термометр/В.А. Голембо, О.А. Губанов, В.Л. Котпя-ров и др. ПТЭ, 1984. № 6. С. 208.

42. Методы реализации универсальных микропроцессорных приборов на основе частотных датчиков/СА. Арабей, СГ, Жулай, В.Л. Пасынков н ДР. В сб.: "Робототехника и автоматизация производственных процессов". Барнаул, 1983. Ч. 3. С. 39.

43. Многоканальный измерительный прибор на базе ЭВМ "Электроника-бОМ" дли АСУ ТП/С.А. Арабей, СГ. Жулай, В.В. Малов В сб.: "Робототехника и автоматизация производственных процессов". Барнаул, 1983.

44. Hafner Е. The effects of noise in oscillators Proc. IEEE, 1966. Vol. 54. P. 179-198.

45. A simple insuument for the measurement of fine scale structure of temperature and humidity and sence also the refractive index in the troposphere/P.T.Gjessing, С Holm, T. Vanes, A. Tangerud J.Phys. E. (J. Sci. Instrum.), 1968, El, N 2. P. 107-112.



46. Bechmann R., Ballato A.D., Lukaszek T.J. Higher order temperature coefficients of the elastic stiffness and compliances of alpha4juartz Proc. IRE. 1962. Vol. 50, August. P. 1812-1822.

47. Lee P.C.Y., Yong Y.K. Temperature derivatives of elastic stiffness derived from the frequency - temperature behavior of quartz plates J. Appl, Phys. 1984. Vol. 56, N5. P. 1514-1521.

48. Holland R. Nonuniformly heated anisotropic plates. Pt. 2 Frequency transients in AT and BT Quartz Plates Ultrasonics Symposium Proceeding. 1974. P. 592-598.

49. A study of quartz crystal temperature sensors/M. Nakazawa, N. Izuko, A. Ballato, T. Lukaszek 12-th special Comitee on the Application Technology Investigation for the Precision Frequency/IEEE J. 1983. N 12-3. P. 1-6.

50. Пат. № 2532047 (Франция). Capture de mesure muni dun resonateur piezoe-lectrique. R. Dinger,

51. Smith W., Spencer W. Quartz aystal thermometer for Measuring temperature deviations in the 10" to 10"* °C Range The Review of Sci. Instr. 1963. Vol. 34. P. 268-270.

52. Flynn Т., Hrnnah H., Newell D. An improved cryogenic thermometer Proc. Cryogenic Conf., 1962. Vol. 8, P. 334-339.

53. Пат. 342609 (США). Quartz crystal temperature transducer. D.L. Hammond. 53. A linear Quartz Crystal Temperature Sensitive transducer ISA Trans. 1965.

VoL4., N4. P. 349-354.

55. Hammond D.L., Adams C.A., Benjaminson A. Hysteresis effects in Quartz reso-nators Frequency technology. 1969. January. P. 19-22.

56. Кварцевые резонаторы как высокоточные температурные датчики/А.Г. Сма-гин, Б.Г. Мильштейн, К.В. Сорокин, Л.Н. Чувилькина Электронная техника. Сер. Радиокомпоненты. 1969. Вып. 5. С. 94-96.

57. Многоволновый кварцевый резонатор-термодатчик/В.А. Баржин, А.А. Зеленский, ф.ф. Колпаков и др. Электронная техника. Сер. Радиокомпоненты. 1972. Вып. 1. С. 54-57.

58. Теаро ВЛ., Грызов СД. Влияние теплопроводности коаксиалыюй линии на погрешность измерения температуры пьезокварцевыми датчиками. Пьезо- и акустоэлектронные устройства. Омск: ОмПИ. 1982. С. 111-113.

59. А.С. 284054 (СХСР) . Способ изготовления пьезоэлементов кварцевых резо-наторов/М.И. Ярославский, И.К. Пекарь, А.П. Федоров. Открытия. Изобретения, 1970. №32.

60. Каталог компании "Токио Денпа" (Япония), 1979.

61. Каталог фирмы FGP Instrumentation, 1982.

62. Кварцевые температурные сенсоры TS-156, TS-261, ТС-137, СТ-3500 Рек-ламный проспект компании ЕТА SA (Швейцария).

63. Brugger К. Thermodynamics definition of higher order elastic coefficients Phys. Rev. 1964. Vol. 133. P. A1611-1612.

64. Sinha B.K. Elastic Waves ш Crystals Under a Bias Ferroelectrics, 1982 N 41. P. 61-73.

65. Tiersten H.F. Perturbation Theory for Linear Electroelastic Equations for Small Fields Superposed on a Bias J. Acoust. Soc. Am., 1978. N 64. P. 832-837.

66. Ratajski J.M. Force-frequency coefficient of singly Rotated Vibrattag Quartz Crystals !. Res. and Develop, of IBM. 1968. Vol. 12, N 1. P. 92.

67. Lee P.C., Wang C, Markenscoff X. Elastic waves and vibrations in deformed crystals Ргос. AFCS 27. 1973. P. 1-6.

68. Малов B.B., Плужников B.M., Звукоупругий эффект и датчики усилий Сб. "Новые пьезо- и сегнетоматериалы и их применение" М., 1969. С. 155-158.

69. Тензочувствительность объемных акустических волн в крисгаллах/О.А. Макарова, В.М. Макаров, В.В. Малов, В.Н. Симонов Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. 1984.

70. Караульннк А.Е., Фрейеров Е.О., Якунин Ю.П. Зависимость силовой чувсг-

вительносги и погрешности частотных пьезоэлектрических датчиков усилия от тем-пературы Электроиная техника. Сер. Радиокомпоиенты. 1973. Вып. 4. С. 34-36.

71. Оценка температурных коэффициентов модулей упругости третьего порядка Cijt для кварца/В.Н.Симонов, В.В., Малов, Ю.П. Якунин, А.П. Руденков Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. 1975. Вып. 1. С. 85-86.

72. Поздняков П.Г., Федотов ИД1., Бирюков В.И. Кварцевые резонаторы с пленочными нагревателями Элек1ронная техника. Сер. Радиокомпоненты. 1971. Вып. 4. С. 27-29.

73. Кудряшов Э.А. Теоретическое и экспериментальное исследование некоторых возможностей применения пьезоэлектрических кристаллов в измерительной технике: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1974.

74. А.С. 337727 (СССР). Компарирующий преобразователь электрической мощности в частоту следования импульсов (интервал времени)/Э.А Кудрящов Откры-тия. Изобретения. 1972. № 15.

75. Термочувствительные кварцевые резонаторы с дополнительными нагревательными электродами/А.Е. Караульник, В.И. Иванова, СФ. Травкина и др. Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. 1983. Вып. 3. С. 56-57.

76. Пат. 347875 3 (США) Integral heater piezoelectric devices. King W.H.

77. Irish J.D., Snodgrass F.E. Quartz crystals as multipurpose oceanographic senors Deep Sea Research. 1972. Vol. 19. P. 165-169,171-177.

78. Измеритель расхода газа "Поток-Г/А.И. Бутурлин, СА. Крутоверцев, СГ. Орлов, Г.Б, Чахунашвили Электронная промышленность. 1982. Вып. 8(114). С 61-62.

79. А.С. 35 1 300 (СССР). Пьезоэлемент дифференциального частотного пьезо-датчика механических величин/В.В. Малов. М.С Хлыстунов Открытия. Изобретения. 1972. № 27.

80. А.С 514212 (СССР). Устройство для измерения усилий/В.В. Малов, В.Н. Симонов, П.А. Филимонов, В.Н. Нагайцев Открытия. Изобретения. 1976. № 18.

81. А.С. 302629 (СССР). Способ измерения статической силы/Л.В.Григорьев, А.Г. Руденков, Е.О. Фрейеров, Ю.П. Якунин, М.И. Ярославский Открытия. Изобретения. 1971. № 15.

82. А-.С. 7925 35 (СССР). Способ регулирования частотно-температурных характеристик кварцевых резонаторов/В.Н.Симонов, А.Е. Караульник, В.В. Малов, В.В. Макаров и П.А. Филимонов Открьггия. Изобретения. 1980. № 48.

83. Взаимозаменнемосгь частотных пьезорезонансных датчиков механических величин/В.В.Малов, В.Н. Симонов, М.А. Виноградов, СА. Арабей/Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления. Пенза: ПДНТП. 1983. С. 41-42.

84. Патент 2231174 (Франция). Dispositif transducteur perfectionne. J. P. Corbet.

85. Пат. 3470400 (США). Single beam force transducer with integral mounttag isolation. L. Weisbord.

86. Пат. 34795 36 (США). Piezoelectric force transducer. F.A. Norris.

87. Пат. 4215570 (США). Miniature Quartz Resonator Force Transducer. E.P. Eer-Nisse.

88. Пат. 4372173 (США). Resonator Force Transducer. E.P. Eer-Nisse.

89. Пат. 4384495 (США) . Mountii system for applying force to load sensitive resonator. J.M. Paros.

90. Пат. 4479391 (США). Resonator force transducer. Gary T. Bank, E. Eer-Nisse, W.P. Kistler, J.Paros.

91. Малов B.B., Симонов B.H. Камертонные пьезорезонансные датчики Мате-риалы конференции "Датчики на основе технологии микроэлектроники". М.: МДНТП 1986. С 83-87.

92. Малов В.В., Рябов njH., Фарафоиов В.Г. Пьезорезонансные аэродинамичес-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [43] 44 45



0.001