面向基于 LiNbO$_3$ 衬底的长周期中高温 SAW 传感应用的创新型 NiAl 电极
仪器与探测器
2023-10-19 v1
摘要
无线 SAW 反射延迟线（R-DL）技术在恶劣环境下远程测量各种参数方面非常强大，同时能够在多个传感器中识别特定传感器。然而，R-DL 技术目前在长期应用中的温度上限为 350C，可能由于铝电极氧化和/或同成分锂铌氧体偏析过程所致。本研究探讨了一种创新合金即 NiAl 作为 Al 的替代方案，以使 R-DL 能够长期承受高达 500C 的高温。事实上，NiAl 在块体状态下汇聚了所有必要性质（相当低的电阻率和密度、高熔点以及抗氧化性）。该研究还考察了同成分 LiNbO 偏析过程的程度，以确定其对 NiAl/LiNbO R-DL 性能的影响。所得结果非常有前景。NiAl 电极在 500C 退火的前 50 小时内自钝化：表面以及电极与衬底之间形成 20 nm 厚的 AlO 层，保护剩余 NiAl 层免于进一步氧化。此外，偏析过程主要在同一时间内发生，位于衬底前 150-200 nm 处。这两种现象对工作在 433 MHz 的 NiAl/LiNbO R-DL 性能无显著影响。对此类器件的连续原位电学监测显示，在 500C 下退火 250h 过程中工作频率的标准偏差仅 1.04 ppm。此外，该处理结束时器件的时域分辨 S11 响应完全未退化。因此，433 MHz NiAl/LiNbO R-DL 传感器可在空气气氛下以高保真度在 500C 至少工作 10 天，且有强烈迹象表明其实际寿命要长得多。
引用
@article{arxiv.2310.11456,
title = {Innovative NiAl Electrodes for Long-Term, Intermediate High-Temperature SAW Sensing Applications Using LiNbO$_3$ Substrates},
author = {Jordan Maufay and Baptiste Paulmier and Mélanie Emo and Ulrich Youbi and Esther Mbina and Thierry Aubert and Ninel Kokanyan and Sami Hage-Ali and Michel Vilasi and Omar Elmazria},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.11456},
year = {2023}
}