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声表面波电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种SAW电流传感器，所述传感器包括：压电基片，作为振动膜；第一路反射器，包括用以参考的第一叉指型反射器和用以测量电流的第二叉指型反射器；第二路反射器，用作电子标签；薄层膜，涂覆在第一路反射器、第二路反射器上；通过无线天线接收读取模块发送的第一电磁波信号，通过所述EWC/SPUDT将所述第一电磁波信号转换成沿压电基片表面传播的SAW，所述SAW被所述第一路反射器、第二路反射器反射后，被所述EWC/SPUDT转换成第二电磁波信号，所述第二电磁波信号通过所述无线天线传回所述读取单元，通过信号处理方法，通过获取所述SAW电流传感器的时域响应的信号变换以进行电流检测。
【专利说明】声表面波电流传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种SAW电流传感器。
【背景技术】
[0002]磁阻效应即是在外磁场中，半导体磁敏感材料受到了与电流方向相垂直方向的磁场作用时，由于洛伦兹力的作用，电子流动的方向发生改变，使路径加长，从而使得磁敏元件电阻值增大。这样通过选择具有较高电子迁移率的磁敏材料如锑化铟(InSb)和砷化铟(InAs)等,可以实现对电流产生磁场的灵敏检测。近些年随着声表面波(Surface AcousticWave, SAW)技术的不断发展，无线识别技术日趋成熟，一种结合磁敏电阻技术的SAW反射型延迟线开始应用于SAW电流传感研究。这种SAW反射型延迟线结构由一个压电基片与沿声波传播方向设置的一个叉指换能器和两个叉指型反射器构成，其中一个叉指型反射器耦合了磁敏电阻，叉指换能器通过无线天线接收来自无线读取单元发射的电磁波信号，并转换成沿压电基片表面传播的SAW信号，并被另外两个叉指型反射器反射，反射的SAW通过叉指换能器重新转换为电磁波信号，通过无线天线发送回无线读取单元，在外界电流产生的磁场的作用下，由于磁敏电阻的阻值变换导致了 SAW反射型延迟线时域响应的线性变化，以此来实现对于电流的无线检测。
[0003]作为例子，现有应用于无线无源电流传感的常规结构为一个SAW反射型延迟线，如图1所示，其中包括:压电基片21，连接天线的叉指换能器22，叉指型反射器23和24，磁敏电阻25，叉指型反射器23、24与叉指换能器22之间的距离根据实验要求确定，27是从叉指型反射器23反射的第一反射回波信号，28是从叉指型反射器24反射的第二反射回波信号。
[0004]目前基于上述结构的原型SAW无线电流传感器已在(文献1:HansHauser, Reinhard Steindl, Christian Hausleitner, Alfred Pohl,Johann Nicolics:Wirelessly interrogable magnetic field sensor utilizing giant magneto—impedanceeffect and surface acoustic wave devices, IEEE Transactions on INSTRUMENTATIONAND MEASUREMENT, VOL.49，N0.3，JUNE2000PP:648-652)中实现，文献 I 将巨磁阻耦合在双端的延迟线结构SAW器件中的叉指换能器上，验证了无线电流传感器的基本功能。此外在(文献 2:Leonhard Reindl, Gerd Scholl,Thomas Ostertag, Holger Scherr, UlrichWolff, and Frank Schmidt:Theory and Application of Passive SAW RadioTransponders as Sensors,IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics andFrequency Control, VOL.45，N0.5，SEPTEMBER1998, PP:1281-1292)中描述了 同时包含三个叉指换能器和两个磁敏电阻的对称型延迟线结构SAW器件，运用相关信号处理方法，实现了约为-800A-800A的电流测量测量范围，测量精度约为5%。上述SAW传感器由单个器件构成，结构相对简单，利用适当的分析检测方法，可以有效地获取外界电流产生磁场的强度检测，具有较好的灵敏度分辨率。此外，SAW电流传感器因其自身可以实现绝对无源，适宜在高压高温等恶劣条件下工作，因此这种SAW无线电流传感器具有良好的应用前景。但是目前应用于无线电流传感器的SAW反射型延迟线相关结构设计依然存在较多问题，例如:
[0005]在复杂环境中，特别是环境温度的剧烈变化(一般在零下45度到100度之间)对电流传感器稳定性的影响巨大，上述常规的SAW传感器多采用LiNbO3等高灵敏度高压电系数的晶体材料，但是伴随而来的是很高的温度系数(_72ppm/°C )，变化的环境温度严重影响到传感器本身的温度稳定性。
[0006]由于声波传播衰减作用，延迟线结构的设计会影响电流传感器整体性能。通常延迟线较长的传播路径会导致源自各个反射器的反射峰均一性差，并且离源换能器越远，反射器能量损耗越大，反射信号信噪比越低，这将直接影响到时域有效信号的提取。

【发明内容】

[0007]本发明的目的是解决上述的SAW电流传感器所存在的问题，实现无线无源的SAW电流传感器，且该无线无源的SAW电流传感器具有较高的检测灵敏度和良好的温度稳定性。
[0008]本发明实施例提供了一种SAW电流传感器，所述电流传感器包括:
[0009]压电基片，作为振动膜，在其上设置有控制电极宽度单相单向换能器EWC/SPUDT，第一路反射器，第二路反射器，磁敏电阻，薄层膜，并在沿该压电基片表面的上下边涂覆的2条导电膜，在所述2条导电膜中间涂覆的第一吸声胶，在沿压电基片长边所述第一吸声胶的对端涂覆第二吸声胶；
[0010]所述第一路反射器，包括第一叉指型反射器和第二叉指型反射器，所述第一叉指型反射器用以参考，所述第二叉指型反射器和所述磁敏电阻耦合，用以测量电流；
[0011]所述第二路反射器，用作电子标签，包括第一短路栅反射器、第二短路栅反射器和第三短路栅反射器；
[0012]薄层膜，涂覆在所述EWC/SPUDT、第一叉指型反射器、第二叉指型反射器、第一短路栅反射器、第二短路栅反射器、第三短路栅反射器上；
[0013]通过无线天线接收读取模块发送的第一电磁波信号，通过所述EWC/SPUDT将所述第一电磁波信号转换成沿压电基片表面传播的SAW,所述SAW被所述第一路反射器、第二路反射器反射后，被所述EWC/SPUDT转换成第二电磁波信号，所述第二电磁波信号通过所述无线天线传回所述读取单元，通过信号处理方法，通过获取所述SAW电流传感器的时域响应的信号变换以进行电流检测。
[0014]优选地，所述压电基片为Y向旋转128°沿X方向传播的铌酸锂基片，其压电耦合系数为5.4%，声传播速度为3979m/s。
[0015]优选地，所述磁敏电阻采用锑化铟材料制成，所述锑化铟在室温下电子迁移率为78000cm2/V.S，电阻率为 0.005 Ω.cm。
[0016]优选地，所述薄层膜采用SiO2制成，并且所述薄层膜采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD涂覆在所述EWC/SPUDT上。
[0017]优选地，所述EWC/SPUDT包括至少2个第一叉指电极对，所述第一叉指电极对包括2个宽度为1/8 λ χ，间距为1/8 λ χ的第一电极，所述第一叉指电极对之间设置宽度为1/4 λ χ的第一反射电极，且第一反射电极与所述第一叉指电极对的边缘距离为3/16λχ，其中，λχ为沿声波传播方向的声波波长。[0018]优选地，所述第一叉指型反射器和所述第二叉指型反射器中的每一个都包括第二叉指电极对，所述第二叉指电极对包括2个宽度为1/4 λ χ的第二电极，其中，所述第二叉指电极对的个数，随着所述第一叉指型反射器和所述第二叉指型反射器与EWC/SPUDT距离的增大而增多。
[0019]优选地，所述第一短路栅反射器、第二短路栅反射器和第三短路栅反射器中的每一个包括至少2个1/4 λ χ宽度的第三电极，并且所述第三电极的个数，随着所述第一短路栅反射器、第二短路栅反射器和第三短路栅反射器与EWC/SPUDT距离的增大而增多。
[0020]优选地，所述第一电极、第二电极和第三电极采用铝材料制成，所述第一电极、第二电极和第三电极膜厚为λχ，其中，所述λ χ为沿声波传播方向的声波波长。
[0021]优选地，所述EWC/SPUDT与所述第一叉指型反射器之间的距离为322.4um。
[0022]优选地，所述SAW电流传感器还包括:阻抗匹配网络；
[0023]所述EWC/SPUDT的输入端NI，通过所述无线天线的信号端N3，串联连接阻抗匹配网络中的第一电感，并联连接阻抗匹配网络中的第二电感，该无线天线的接地端与所述EWC/SPUDT的接地端电连接。
[0024]优选地，利用
【权利要求】
1.一种声表面波SAW电流传感器，其特征在于，所述SAW电流传感器包括: 压电基片(7)，作为振动膜，在其上设置有控制电极宽度单相单向换能器EWC/SPUDT (8)，第一路反射器，第二路反射器，磁敏电阻(11)，薄层膜(17)，并在沿该压电基片表面的上下边涂覆的2条导电膜(6)，在所述2条导电膜(6)中间涂覆的第一吸声胶(15)，在沿压电基片长边所述第一吸声胶(15)的对端涂覆第二吸声胶(15’ )； 所述第一路反射器，包括第一叉指型反射器(9)和第二叉指型反射器(10)，所述第一叉指型反射器(9)用以参考，所述第二叉指型反射器(10)和所述磁敏电阻(11)耦合，用以测量电流； 所述第二路反射器，用作电子标签，包括第一短路栅反射器(12)、第二短路栅反射器(13)和第三短路栅反射器(14)； 薄层膜(17)，涂覆在所述EWC/SPUDT(8)、第一叉指型反射器(9)、第二叉指型反射器(10)、第一短路栅反射器(12)、第二短路栅反射器(13)、第三短路栅反射器(14)上； 通过无线天线⑷接收读取模块⑶发送的第一电磁波信号(1)，通过所述EWC/SPUDT (8)将所述第一电磁波信号转换成沿压电基片(7)表面传播的SAW，所述SAW被所述第一路反射器、第二路反射器反射后，被所述EWC/SPUDT(8)转换成第二电磁波信号(2)，所述第二电磁波信号(2)通过所述无线天线(4)传回所述读取单元(3)，通过信号处理方法，通过获取所述SAW电流传感器的时域响应的信号变换以进行电流检测。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压电基片(7)为Y向旋转128°沿X方向传播的铌酸锂基片，其压电耦合系数为5.4%，声传播速度为3979m/s。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述磁敏电阻(11)采用锑化铟材料制成，所述锑化铟在室温下电子迁移率为78000cm2/V.S，电阻率为0.005 Ω.cm。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述薄层膜(17)采用SiO2制成，并且所述薄层膜(17)采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD涂覆在所述EWC/SPUDT(8)上。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述EWC/SPUDT(8)包括至少2个第一叉指电极对(31)，所述第一叉指电极对(31)包括2个宽度为1/8 λ χ，间距为1/8 λ χ的第一电极，所述第一叉指电极对(31)之间设置宽度为第一反射电极(32)，且第一反射电极(32)与所述第一叉指电极对(31)的边缘距离为3/16λχ，其中，λχ为沿声波传播方向的声波波长。
6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一叉指型反射器(9)和所述第二叉指型反射器(10)中的每一个都包括第二叉指电极对(51)，所述第二叉指电极对(51)包括2个宽度为1/4λχ的第二电极，其中，所述第二叉指电极对(51)的个数，随着所述第一叉指型反射器(9)和所述第二叉指型反射器(10)与EWC/SPUDT(8)距离的增大而增多。
7.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一短路栅反射器(12)、第二短路栅反射器(13)和第三短路栅反射器(14)中的每一个包括至少2个1/4入!￡宽度的第三电极(41)，并且所述第三电极(41)的个数，随着所述第一短路栅反射器(12)、第二短路栅反射器(13)和第三短路栅反射器(14)与EWC/SPUDT(8)距离的增大而增多。
8.如权利要求6-8任一项所述的传感器，其特征在于，所述第一电极、第二电极和第三电极(41)采用铝材料制成，所述第一电极、第二电极和第三电极(41)膜厚为1%~1.5%λχ，其中，所述λ χ为沿声波传播方向的声波波长。
9.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述EWC/SPUDT(8)与所述第一叉指型反射器(9)之间的距离为322.4um。
10.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述SAW电流传感器还包括:阻抗匹配网络(5)； 所述EWC/SPUDT(8)的输入端(NI)，通过所述无线天线的信号端(N3)，串联连接阻抗匹配网络(5)中的第一电感(33)，并联连接阻抗匹配网络(5)中的第二电感(34)，该无线天线(4)的接地端(N4)与所述EWC/SPUDT (8)的接地端(N2)电连接。
11.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，利用
【文档编号】G01R19/00GK103954823SQ201410203648
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】王文, 刘鑫璐, 薛蓄峰, 单长锁 申请人:中国科学院声学研究所, 江苏声立传感技术有限公司