第二章 声表面波与器件的制作2.doc

第二章 声表面波与器件制作本章中，我们主要介绍声表面波(SAW)的基本特性和基本类型，压电基片的选择，叉指换能器(IDTs)的特征以及声表面波器件的制作方法。2.1 引言压电效应是指在晶体上施加压力时产生电势差的现象。压电晶体在外力的作用下发生形变时，某些表面会出现异号电荷，而在压电晶体上加一电场时，晶体不仅产生极化，而且会产生应变和应力。压电材料的几何应变与施加电场成比例。从1880年居里兄弟发现压电效应以来，压电学已经成为现代科学技术中的一个非常重要的领域。而作为压电学发展的一个重要分支，在二十世纪六十年代中期美国的怀特等人提出用叉指换能器在压电基片上激励和检测声表面波的方法之后，声表面波器件的研究得到了很大的发展。2.2 SAW的介绍在各向同性固体中传播的声波，根据质点的偏振方向可以分为两大类，一类是质点振动垂直于传播方向的波称之为横波，一类是质点振动平行于传播方向的波称之为纵波。二者的速度取决于材料的弹性常数，即横波速度 （2.1）纵波速度 （2.2）各向同性材料的弹性常数，称为拉密常数；是材料密度。从式子中可以看到，横波通常要比纵波慢。在各向异性固体材料如压电晶体中，质点振动方向和声波传播方向的关系并非如此简单。一般来说，质点振动方向既不垂直也不平行于声波传播方向，而是有三个互相垂直的偏振方式。其中偏振方向较为接近传播方向的波称为“准纵波”，两个偏振方向较为接近垂直于传播方向的偏振波称之为“准横波”。这三种波的速度各不相同，其中准纵波速度最快，而两个准横波的速度比较慢，其中较快的一个称为“准快横波”，较慢的一个称为“准慢横波”。同时波前的法线方向亦即波的相速度方向与波的能流方向并不一定相同，如图1.1所示。n为波前的法线方向rL、rs1、rs2分别为准纵波、准快横波、准慢横波的能流方向。一般来讲这三束波不共平面、OL、OS1、OS2正比于三者相速度1.。图2.1 各向异性固体中声波的传播。这种现象称之为“波束偏离”，只有在某些特定方向上的能流方向与波的相速方向一致。此时可以得到纯横波和纯纵波，这些方向被称为纯波方向。另外，对于压电晶体，由于受到压电效应影响，在声波的传播过程中，会有一个电势一同传播，使声波的速度变快，称之为“速度劲化”。当声波传播到固体边界时，受到固体边界条件限制就会产生声表面波。声表面波的主要类型包括瑞利波（Rayleigh 波）、拉姆波(Love 波)、B-G波、掠面体波等等。其中Rayleigh波是绝大部分声表面波器件采用的声波模式，并且本论文中研究的声表面波类型也主要是这种Rayleigh波。以下我们要对各种声表面波其做一些简要介绍，并着重对Rayleigh波的知识进行介绍。2.3固体中的声波2.3.1瑞利波（Rayleigh波）Rayleigh波是人们认识最早研究最充分的一种声表面波，也是声表面波技术应用最为广泛的一类波2，瑞利波速度在非压电各向同性固体中可由以下方程的解得到：。 （2.3）其中，；s是横波波速，L是纵波波速，是材料的弹性常数，其可能值在00.5之间，解此方程可得的取值在0.870.96之间。由此可以得到Rayleigh波的两个性质：一是Rayleigh波速度与频率没有关系，即Rayleigh波是非色散波；二是Rayleigh波速度比横波要慢。另外Rayleigh波质点运动是一种椭圆偏振，在各向异性固体表面，它是由垂直于固体表面及传播方向的横振动和平行于传播方向的纵振动两者合成得到的。这两种振动相位差90，故质点是做逆时针方向的椭圆振动，并且振幅随离表面的深度增加而衰减。其中纵振动与横振动的衰减并不一致，如图。从图中可以发现一下几个特点：图2.2各向同性固体中，瑞利波质点运动随深度的变化。（1）纵振动在约0.2深度处，振幅衰减为零，在此深度只剩下横振动。过此深度之后，纵波反相，此时质点做顺时针方向的椭圆振动。（2）不管是纵振动还是横振动，其振幅随深度增加很快衰减。能流的传播平行于传播方向，但随深度的增加很快衰减。故Rayleigh波能量集中在约一个波长深度的表层内，并且频率越高，波长越短，集中能量的层也就越薄，因此与体波相比声表面波更容易获得高声强。图2.3各向同性固体中横振动与纵振动的分量随深度变化瑞利波能量与介质深度的关系为 E=exp(-x3) (2.4)其中, =s式中是瑞利波在介质的衰减常数；是瑞利波的波数，xc=-1中瑞利波在介质中的深度。图2.4 瑞利波示意图在各向异性晶体中，Rayleigh波基本保持了各向同性材料中的特性：相速与频率无关，其速度比同方向上的体波要慢，波的能量限制在靠近固体表面，质点的位移随深度增加衰减。此外，它还具有一些独特的性质：（1）Rayleigh波的相速依赖于传播方向。（2）除了在纯波方向上，其他方向的能流一般不平行于传播方向。（3）质点的椭圆偏振平面不一定在传播方向与法线平面（弧矢平面）内，椭圆的主轴也不一定与传播方向或是法线平行。（4）质点位移随深度的衰减呈阻尼振荡的形式。在压电晶体中，声波传播时有一个电势会随同传播，此时波的传播速度受表面上的电条件的影响。比如在Y-cut LiNbO3(LN)表面沿Z轴传播的Rayleigh波，若表面为电自由状态，其速度为3485 m/s，而在表面电短路（镀上一层无质量良导体）时，波速变为3405 m/s。2.3.2 Love波在声表面波器件中，有一类基片的表面上覆盖一层薄膜的复合结构。对于这类结构，解波动方程要考虑两个边界条件：一是基片与膜的界面，另外一个是膜的自由表面。解波动方程可知，可能出现两种类型的声表面波，一种是质点做椭圆振动的Rayleigh型波（广义Rayleigh波），另一种是当薄膜材料的体横波速度小于基片材料的体横波速度时出现的水平剪切表面波，其质点振动垂直于传播方向和表面的法向，称为Love波，如图2.5所示3。图2.5 Love波示意图。各向同性材料基底中，膜层中可以产生多种高次模式的Love波，高次模式的质点位移在层中不是单调下降，在各种模式中都有一定的截至频率，即对一定厚度的膜必需在一定频率以上才能出现某种高次波。此外，Love波是一种色散波，即波速与频率有关。在低频情况下，薄膜层仅是对于基片的一种微扰；当频率增高，波速逐渐减小，投入基片的深度也减小，即波的能量逐渐集中到薄膜层中去，到波长比厚度小很多时，波基本集中在薄膜层内，这时波在由薄层材料组成的板中传播，板的一面是自由表面，另外一面受基片微扰，这时波速接近薄膜材料中的横波波速。对于各向异性材料，除开某些特定方向外，Love波会与Rayleigh型波耦合在一起出现。2.3.3 B-G波1968年由Bleustein及Gulyaev在6mm类压电晶体中发现的，也称为电声波。它是一种质点振动垂直于传播方向和表面法线的横表面波4。2.3.4 广义瑞利波（Rayleigh型波）在介绍Love波时，曾提到基片表面覆盖一层薄膜的结构中，会出现质点位移在弧矢平面内做椭圆振动的波，因质点振动方式与Rayleigh波相似故称为Rayleigh型波1。不过它的传播特点与上述的Rayleigh波有所不同，其特点如下。出现Rayleigh型波，没有Love波产生时的限制，即不管薄膜材料中体横波速度大于或是小于基片中的体横波速度，都会出现Rayleigh型波。在两种情况下产生的Rayleigh型波均为色散波：（1）时，只存在一种模式。当膜厚时，基片中传播的即为Rayleigh波，当膜厚增加或者频率增高，Rayleigh型波波速也增加，当波速增加到与基片中体横波速度相同时，波透入的深度很深，类似体横波。（2）时，类似于Love波，即质点做椭圆振动，除色散外，还存在高次模式。2.3.5 Lamb波当波传播的基片是一片薄固体板时，将固体板上下两个表面设为自由表面，解波动方程，可以得到两类在板中传播的波5。一类是质点振动平行表面而垂直于传播方向的横板波（SH波）；另外一类是质点在弧矢平面内做椭圆振动的波（类似Rayleigh）,称之为Lamb波（拉姆波），这两种类型的波都各具有两种类型，对称型和反对称型，如图2.6所示。其中，对称型拉姆波称为纵板波（或膨胀板波），反对称型拉姆波称为弯曲板波。图2.6 对称型和反对称型。同Love波类似，拉姆波也具有许多高次波。对于高次波，质点振幅在板内的分布是振荡的，并且每种高次波都具有一定临界频率，即当板厚度一定时，只有频率到达一定值后，这种波才能在板内传播。此外拉姆波也是一种色散波。2.3.6 掠面体波 (Surface Skimming Bulk Wave, SSBW)图2.7 SSBW传播示意图。掠表面波是一种体横波6，例如在Y切石英晶体表面，沿垂直X轴方向，利用叉指换能器可以激发一种波，其质点振动平行于X轴，以非常接近该方向的体横波波速沿着表面滑行传播，并且逐渐朝体内发散，其发散规律与柱面波相似，即表面质点的振幅和表面传播距离的开方成反比，是一种非色散波。这种波有一下特点：（1）是非色散波。（2）速度较Rayleigh波大。（3）受表面污染影响小。（4）激发这种波的晶体取向温度系数小。不过，由于它在传播过程中会发散，因此如果制作器件插入损耗比较大。同时，这种体声波不进过底面反射，因此不能够通过磨砂底面消除。2.3.7 声表面横波（Surface Transverse Wave, STW）当在压电介质表面制作周期性的栅阵结构时，有可能激发SH型声表面波，这种模式的波称为声表面横波(STW) 7。STW可视为SSBW被栅阵结构束缚而得到的一个简正模。此外STW是波速很大的剪切波，其相速度与SSBW接近，并且它是一种色散波。2.4 压电材料的选择2.4.1材料特性基片材料决定着SAW器件的性质，因此对压电材料特性的了解就显得非常重要。（1） 定向SAW器件常用的压电材料基片是具有各向异性的，所以SAW器件的特性不仅与晶体切向有关，而且与这一切向上SAW传播的方向有关。图2.8中的坐标系常被用做描述SAW场，它的轴与SAW传播方向平行，轴为基片的法线方向，轴平行于SAW的波阵面。晶体中晶轴方向（X,Y,Z）是固定的，可通过X射线衍射法测定。为确定基片材料的（,）轴，通常需要三个连续旋转操作。首先绕Z晶轴旋转角，然后把轴旋转角，这样确定了切向角，最后把（z轴）旋转角，使传播方向与x轴平行。角（，）统称为欧拉（Euler）角。图2.8欧拉角。对于SAW器件，当晶体晶轴与SAW传播方向不一致时，就会发生波束偏向，故通常使用单晶轴旋转确定切向角。对于单晶轴旋转切割晶体，常用这个晶轴的旋转角来表示切割方向。例如Y轴旋转128切X传播LiNbO3,可以写成128YX-L iNbO3,表示这种晶体切割面是Y轴绕X轴旋转128后，以Y轴为法线所得到的平面，X晶轴在此平面内。图2.9晶片切向示意图。（2）机电耦合系数压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能或将电能转变为机械能，这种表示能量相互变换的能力用机电耦合系数表示。晶片的机电耦合系数由介质的表面边界条件，即自由表面和金属表面的耦合系数 和决定： （2.5） （2.6）其中是有效介电常数，和分别为SAW在自由界面和金属表面上的慢波。在SAW比BAW速度低很多时，几乎相等，此时 （2.7）（3）温度稳定性温度对于谐振频率r的影响的称为频率温度系数（Temperature Coefficient of Frequency, TCF）TCF= （2.8） 谐振频率在室温时随温度而变化的性质非常重要，通常越大的材料TCF越敏感。（4）波束偏向声波沿非晶轴对称方向传播时，就会发生波束偏向。因为波阵面（即等相面）与能流方向不垂直。波束偏向不会直接影响到器件的性能，但如果能流角（Power Flow Angle, PFA）很大，那么传播方向上微小变化就可能使能流角发生很大变化。因此通常PFA大的基片很少被使用。图2.10能流角示意图(5)传播损耗基片晶格的热振动、晶体表面的粗糙度，能力传播到空气中等因素使基片材料存在的固有传播损耗。一般来说速度快的声波比速度慢的声波的传播损耗要小。（6）介电常数基片材料的介电常数决定IDTs的阻抗。可以通过调整IDTs的孔径来调整其阻抗值，使之可以与外电路阻抗匹配。2.4.2材料种类SAW器件所用的压电基片主要是压电晶体和压电薄膜。使用压电单晶的优点是其工业制作技术成熟，每批基片材料的性质变化小，并且已经有较多的研究给出了基片材料的精确参数。常用的压电单晶材料有石英、铌酸锂（LiNbO3）、钽酸锂（LiTaO3）、La3Ga5SiO14等。LiNbO3单晶是本论文中制作叉指换能器 interdigital transducer ？所采用的压电材料，其性质如下进行简要介绍。LiNbO3是铁电体，用提拉法生长。LiNbO3除了介电常数和压电效应都很大外，还具有很强的热电和光电效应。它不仅可以用于制作SAW器件，还用在光学器件和微波传感器中。LiNbO3的精确材料参数已经有很多研究报道过了。对于旋转Y切LiNbO3，当q时，机电耦合系数最大，高达5.5%。对于128旋转角，SSBW辐射被反常抑制。因此在声表面波器件中，128YX- LiNbO3得到了广泛的应用。2.5 IDTs设计2.5.1 IDTs基本原理声表面波叉指换能器（Interdigital Transducers, IDTs）是由压电基片和周期性排列在基片上并与总线交替连接的多根电极构成，它广泛的应用在SAW的激励和检测中8, 9。图2.10 a中，IDTs每一个周期包括了两根叉指，称为单电极叉指换能器或单指叉指换能器。图2.10 b中，IDTs每个周期包括了四根叉指，称为双电极叉指换能器或是分裂叉指换能器。图2.11（a）单指叉指换能器，（b）双电极叉指换能器。单电极叉指换能器结构简单，对光刻精度要求较低，因此得到了广泛应用。对于机械波反射，单电极叉指换能器相当于周期为的栅阵，当=时发生布拉格反射，这与SAW谐振条件相同，也就使IDTs叉指对数很多时，其特性变得很复杂。双电极叉指换能器的叉指相对较窄（），这要求比单电极情况更高的光刻精度，但对于机械波反射，这种结构能有效抑制SAW谐振频率时的布拉格反射。当需要精确的控制频率响应时，通常会使用这种双电极叉指的结构。IDTs的叉指结构是几何对称的，其激励的SAW场也是中心对称的。因此对于IDTs结构模型，SAW的激励可看作发生在IDTs中心，这个等效激励点称为激励中心。当IDTs的两根总线上施加交流信号时，由于压电效应，基片会产生周期性应变。虽然每对叉指激励产生的SAW很弱，但是当IDTs的周期为SAW波长整数倍时，它们可以互相叠加增强，此时可激励出较强的SAW。IDTs的特性决定因素如下：（1）叉指的周期；（2）叉指对数；（3）孔径；（4）金属膜厚度；（5）基片材料及晶体切向等。2.5.2 IDTs模型要对IDTs进行分析，需要求解大量复杂的方程，通常由于受基片材料各向异性等因素的影响，求解过程十分复杂。人们因此通过建立了一些简化模型来对其进行分析。（1）函数模型函数模型，是IDTs分析最简化的一个模型。函数模型将IDTs视为可叠加的周期性独立波源，在此基础上进行数学建模10。这一模型包含以下规定：1）.每一个IDTs叉指边缘的函数的声辐射源是彼此独立互不影响的；2）.每一个函数声源发出的声表面波的方向都垂直于IDTs叉指。3）.SAW在IDTs中传播时不会衰减；4）.忽略金属层对SAW传播的影响。函数模型的优点是计算时可以根据条件选择适合的精确度，但该模型忽略了IDTs内部反射的影响，因此不适用于某些需要考虑内部反射的情形。（2）等效电路模型Simth等人提出了两种等效电路模型：共线场模型和交叉场模型11。前者根据厚度振动的串联BAW谐振器等效推导出来，而后者是根据横向振动的串联BAW谐振器等效推导出来的。其中交叉场模型理论与实验的结果匹配的很好，因此其应用比共线场模型要广泛的多。（3）矩阵法矩阵法使用数学方法来模拟和计算SAW器件特性的方法12。这种模型把每个IDTs单元看作一个黑盒子， 并用一个矩阵来表示这个黑盒子，把声学端入射波和反射波的振幅 a1 a2，以及电学端电压V和电流（峰值）作为变量。即 （2.9）其中，和相当于声学端的反射系数，是透射系数，和是激励效率，是输出导纳。通过数学方法，例如微扰法，可以计算出这些参数的数值，IDTs器件特性就可以通过串联黑盒子模拟出来。（4）耦合模拟理论耦合模拟理论（Coupling-of-Mode, COM），同矩阵法建模方法类似，是将矩阵法中的黑盒子用并列线形方程组的方式来表示。这种理论广泛的应用于SAW器件模拟中13。（5）COMSOL Multiphysics压电耦合分析到目前为止，已经有不少关于有限元方法对SAW器件进行了仿真的研究。我们在第三章中将会较为详细介绍如何利用多物理场有限元方法来对SAW进行仿真。2.6 IDTs制作工艺图2.12基片上电极制作流程示意图。（a）基片前处理；（b）镀金属膜；（c）-（d）在金属层上光刻；（e）金属层腐蚀；（f）除胶。（1）光刻模板本章中所用的叉指电极光刻模板是我们利用绘图软件L-Edit 11或者CorelDraw 12并根据实验需要绘制出叉指电极的结构图案，然后通过菲林打印加工出的胶片模板。虽然菲林胶片模板的精度受打印设备的限制，其图案的最小精度只能达到10 mm左右，但具有价格便宜、设计周期短等优点。（2）压电基片的处理4寸双面抛光128YX-LiNbO3（LN）单晶在激励SAW方面具有良好的压电特性，同时具有良好的光学透明度以利于在实验中进行观察，因而被选用作为本论文实验的压电基底。首先，基片材料的一面通过蒸镀镀膜的方法，在表面沉积Cr/Au(5 nm/100 nm)金属层。然后，需要将镀好膜的晶片切割成制作SAW器件所需的小块。由于LN晶片具有各向异性，切割时需要注意切割方向，先沿x轴方向将晶片划成2到3个大块，然后再在切割好的大块上，沿垂直x轴方向将其切割成所需的小块。觉得可以不写这个（3）光刻在基片镀膜表面，通过紫外光刻的方法复制出与设计好的光刻模板相同的光刻胶图案。其工艺如下：l 前处理通常，洁净的基片表面不需要特别清洗，但若被手印或是其他杂质污染，需要用酒精和丙酮进行清洗。在甩胶之前，还可以在基片表面旋涂一层很薄的黏附层以增强基片与光刻胶之间的附着力。l 甩胶甩胶机旋转涂胶是最常见的涂胶手段，一般在过程中有低速和高速两个甩胶阶段。在低速阶段，光胶被均匀的铺满基片表面；随后的高速旋转阶段，基片表面的光刻胶形成均匀厚度的涂层，其厚度由高速旋转阶段的转速决定。在甩胶之后，需用无纤维棉签将基片边缘的光胶抹去，以免边缘较厚光胶层在紫外曝光时对基片和模板接触产生影响。制作IDTs电极所使用的光胶为AZ-5214E，这是一种既可以作正胶也可以作负胶使用的薄胶。l 前烘将涂有光刻胶的基片放在设定好温度的热台上烘烤，使光胶中的溶剂挥发。前烘的目的是：1）.减少光胶中溶剂的含量，使其固化以便于后期曝光操作；2）.增强光胶在基片上的附着力；3）.使光胶表面平整；4）.降低光胶的内应力。前烘的效果光刻的结果有很大影响，前烘不够，光胶中的溶剂含量偏高，会使光刻精度下降；前烘过久，会使光胶变脆，导致其附着力变差。对于AZ-5124E胶，作为正胶曝光时，前烘参数选为125烘70 s；作负胶使用时前烘参数相同。l 曝光曝光是通过光学模板掩盖基片，对基片上的光胶进行部分紫外辐射。受到紫外照射的部分，光刻胶会发生光化学反应。对于正光刻胶，未受到紫外光照的部分将会留下来；而对于负光刻胶，紫外照射部分会保留。因此，对于不同类型的光胶，需要制作相应的光学模板。曝光过程是整个光刻过程最为重要的一个环节，曝光量不足或者过多都会严重影响光胶图案的最终质量。对于不同的光源，曝光时间参数都需要进行精心的摸索以达到最佳的效果。在本实验室中，对AZ-5124E作正胶时曝光时间为7 s;作负胶使用时曝光时间为3秒。l 后烘对于负光刻胶，需要在曝光之后对其进行后烘，以使被光照部分光胶能充分完成化学交联反应。对于AZ-5124E作负胶情况，后烘时间为45 s。正光胶不需要进行后烘。l 后曝光AZ-5124E作负胶，后烘后还需要进行5 s紫外曝光，此时不需要用光学掩膜遮挡。此过程主要是使在前面已曝光的光胶图案充分完成交联，而由于后烘及控制时间的关系，其他部分的光胶会被洗脱。l 显影由于曝光后发生交联反应的光刻胶和没有交联的光刻胶在显影液中的溶解性相差很大，因此通过显影步骤，我们可以得到与光学模板一致的图形（阳模或者阴模）。对于AZ-5124E，使用AZ 726显影液或者AZ 400K与去离子水的1：3稀释液进行显影。显影时间在1分钟左右，但需仔细控制时间，长时间的显影会使光胶图案受到损坏。(4)金属腐蚀在LN基片金属层表面得到光胶构成的电极图案掩膜后，使用化学试剂将未被光胶保护的金属层腐蚀掉。首先配制Au腐蚀液,Au腐蚀液由5%+10%+85%组成，之后将Au表面浸没在腐蚀液中10分钟即可将其完全溶解。然后用成分为的Cr腐蚀液将基片空白处的Cr腐蚀掉。（5）除胶在使用金属腐蚀液湿法刻蚀之后，金属叉指电极的已经制作出来。将带有电极的基片放入丙酮中洗涤，除去覆盖在电极上的光胶掩膜。（6）连接导线如果使用焊接的方法在LN表面的金属电极上接线，容易使基片受热破裂或是使金属层脱落。因此，我们选择1：1配制的A+B固化银浆将金属线粘接在IDTs总线上。粘接导线后，需要将器件放入烘箱使粘接点牢固。图2.13 IDTs电镜照片。2.7 PDMS通道部分的制作聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）通道是SAW芯片的重要组成部件。它的制作方法基于软光刻工艺，跟上述制作电极过程类似，但也有其不同方面。在此，我们对模塑法制备PDMS通道的工艺进行简要介绍。首先在洁净的硅片表面旋涂一层光刻胶（如SU8-2050）,其厚度可以通过甩胶时的转速决定。当前烘步骤使光胶硬化之后，通过曝光和显影步骤将光学掩膜的图案转移到硅片上，成为光刻胶的阳模图案。然后，把配好的PDMS（A组分：B组分=1：10）覆盖到该模板上，在抽真空除掉PMDS中的气泡之后，将PDMS连同模板放入80C的烘箱中使其固化，烘烤时间在两个小时以上才能使之完全固化。最后将固化的PDMS从模板上剥离下来。PDMS通道的穿孔相对比较简单，只需要用平头针将在通道进液口和出液口打穿即可。之后可用无水酒精超声清洗以确保没有PDMS碎片残留在穿孔中。2.8 器件封装对于许多微流控器件，各组件之间的封装需要在硅-绝缘体、硅-玻璃、玻璃-聚合物等材料之间实现键合。键合的过程由几个步骤组成，首先，是对材料表面进行处理。对于晶体材料，其表面必须足够干净、光滑与平整。一般基底需要在有机溶剂中去掉粒子、灰尘以及有机污染物。甚至某些情况下，还需要用H2SO4进行清洗。键合过程的下一步是选择合适的键合方式。玻璃-玻璃高温键合。对于钠钙玻璃片，融合键合的温度在600左右，接近其熔化温度。这种方式，两个玻璃表面可以获得几乎完美的键合，在晶片间见不到界面，并且能承受很高强度的拉伸。玻璃-玻璃低温压力辅助键合法。有两种方式可以用来实现两片钠钙玻璃基底的低温键合。第一种方法，两种玻璃表面作适当的清洗后，涂敷一层1 mm厚的环氧胶，之后在90下施加1MPa的压力实现环氧化胶合。第二种方法，在100120的温度范围内施加约50MPa的高压，即可实现直接键合。玻璃-硅之间的阳极键合。阳极键合工艺使用的是一种富含钠的Pyrex玻璃（热膨胀系数与硅匹配）与硅片实现永久键合。PDMS-玻璃/硅的键合。有三种方式可以实现PDMS与石英玻璃或是硅片直接的密封可逆封装。表面共形接触，通过范德瓦斯力来实现封闭。由范德瓦斯力实现的可逆封装可以防水，但其能承受的力一般不大于30kPa（5 psi）。在两个表面作氧等离子体处理后的不可逆封闭。PDMS是由重复的OSi(CH3)2单元组成。等离子体处理后，PDMS表面形成极性基团，最可能为甲基（SiCH3）位置变为了硅烷醇（SiOH）基团，从而使PDMS表面亲水，并引发与SiO2(玻璃、石英、硅)表面的永久键合。此外，PDMS还能与聚苯乙烯、聚乙烯、氮化硅等在经过氧等离子体处理后进行键合。经过氧等离子体处理材料表面，需要在氧化后1分钟内进行接触，才能实现密封。完成接触的两块表面放置在80左右烘一段时间能增强密封强度。用紫外光黏附胶来键合。在键合非常浅的装置时，可以用紫外黏附胶来封闭器件。在我们的实验中， LN基底可以与PDMS通过氧等离子体处理的方法实现封闭。此外，在第三章中，我们还介绍了一种半键合式的封闭方法用来实现器件的封装，通过这种手段，可以对LN基底的重复利用，同时还可以保证芯片在实验过程中的密封性。2.9 小结本章主要分为三个部分，声表面波的相关知识介绍，声表面波器件的基片选择以及器件的制作工艺。首先，我们对各种不同类型的声表面波作了简要的介绍，并着重关注了在声表面波器件中应用最为广泛的Rayleigh波的特性。紧接着介绍了制作声表面波器件的压电材料的各种重要参数，其中本文中选用的128YX-LiNbO3基片具有很强的压电效应和机电耦合系数，且在128切向能够抑制SSBW波，是较为理想的制作SAW器件材料。最后，详细的列出了制作SAW器件的具体流程包括IDTs压电基片，PDMS通道的制作工艺等以及最后器件封装。参考文献1 A.A.Oliner, Acoustic Surface Waves. (1978), Berlin New York: Springer-Verlag. 331.2 L. Rayleigh, On Waves Propagated along the Plane Surface of an Elastic Solid, Proceedings of the London Mathematical Society s1-17 (1885) 4-11.3 B.A. Auld, Acoustic fields and waves in solids, Vol 2, chap 5, Wiley, New York (1973) 135-161.4 J.L. Bleustein, A NEW SURFACE WAVE IN PIEZOELECTRIC MATERIALS, A