[發明專利]一種樂甫波傳感器PMMA波導膜的旋涂制備方法

無效

• 申請號: 200810045646.6
• 申請日: 2008-07-25
• 公開（公告）號: CN101412018A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 蔣亞東;杜曉松;胡佳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B05D1/36
• 分類號: B05D1/36;B05D7/24
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技術領域

本發明涉及一種聲表面波技術領域，具體涉及一種樂甫波傳感器PMMA波導膜的制備方法。

背景技術

在所有的超聲傳感器中，樂甫波傳感器的靈敏度最高，并且還能在液相環境中使用，因此是一種極具發展前途的聲表面波傳感器。樂甫波傳感器由壓電晶片-叉指電極(IDT)-波導-敏感膜四層組成，其中波導對樂甫波傳感器的靈敏度、插損等性能影響極大。

按照樂甫波傳感器的理論模型(參見①Wang?Z，Cheeke?J?D?N，Jen?C?K.Sensitivity?analysis?for?Love?mode?acoustic?gravimetric?sensors，Appl?Phys?lett，64(22)(1994)2940-2942；②McHale?G，Newton?M?I，Martin?F，Theoretical?masssensitivity?of?Love?wave?and?layer?guided?acoustic?plate?mode?sensors，J?Appl?Phys，91(2002)9701-9710)，波導的密度越低，波導與壓電晶片中的波速差別越大，傳感器的靈敏度越高；并且當波導的厚度約為波導中波長的1/4時，傳感器的靈敏度最大。聚合物材料密度低、聲速低，成為波導材料的優選對象。對于目前最常采用的IDT間距為40μm的樂甫波傳感器，聚合物波導的最佳理論厚度在2.6-2.9μm左右。

但是隨著聚合物波導厚度的增加，傳感器的插損先下降，然后快速上升，并最終遠遠超過無波導時的情況，參見①Harding?G?L?and?Du?J，Design?andproperties?of?quartz-based?Love?wave?acoustic?sensors?incorporating?silicon?dioxideand?PMMA?guiding?layers，Smart?Mater?Struct，6(1997)716-720；②Gizeli?E，Fender?F，Rasmusson?A，et?al，Sensitivity?of?the?acoustic?waveguide?biosensor?toprotein?binding?as?a?function?of?the?waveguide?properties，Biosensors?andBioelectronics?18(2003)1399-1406。因此在波導較厚時，傳感器的噪聲太大，導致電路無法起振，聚合物波導的“有效厚度”遠遠達不到理論值。聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)是目前最常用的樂甫波波導材料，文獻中報道的可用波導的最大厚度為1.9μm，低于理論值。而熔融石英等無機波導可以達到理論厚度，結果是基于聚合物波導的樂甫波傳感器的靈敏度反而更低。主要原因固然是由于聚合物材料本身結構疏松，聲損耗大的緣故；但另一方面也和制備工藝相關。

目前樂甫波傳感器中PMMA波導的制備都采用旋涂法，如前所述，對于頻率在115MHz作用的樂甫波器件，波導厚度在2.6-2.9μm時傳感器的靈敏度最高。為了獲得2μm以上的波導層薄膜厚度，普遍采用的方法是增加旋涂溶液的粘度和濃度。最常采用的溶劑是2-乙氧基乙酸乙酯(2-EEA)，溶液濃度以10-25％(wt/vol)最為常見。如澳大利亞的Harding?G.L小組采用的2-EEA溶液的濃度為20、25％，參見文獻Sensors?and?Actuators?A，1998，65(2-3)：152-159；美國Marquette大學的Josse?F.小組采用的2-EEA溶液的濃度為15、20％，參見文獻Analytical?Chemistry，2005，77，4595-4603；英國劍橋大學Gizeli?E.小組采用的2-EEA溶液濃度5、7.5、10、15、20、22.5、25％，參見文獻①JAppl?Phys，2001，90(12)：5911-5914；②Smart?Mater?Struct?1997，6：700-706；中科院長春光機所采用氯苯為溶劑，PMMA溶液的濃度為15％，參見壓電與聲光，2007，29(5)：533-536；清華大學使用四氫呋喃配制濃度為10％的PMMA溶液，參見儀表技術與傳感器，2003，3：10-12。

樂甫波的波導層要求結構致密、無孔洞氣泡、表面平整、厚度均勻。但采用上述高濃度、高粘度的PMMA溶液旋涂的薄膜，由于溶液的流動性差，難以獲得較高的表面平整度，內部均勻性也差，缺陷多，導致傳感器的插損隨波導的厚度增加而快速增大。并且氯苯等溶劑還有毒性。

發明內容