AlN and LGS Surface Acoustic Wave Resonators for Passive Wireless High-Temperature Sensing

材料科学 声表面波 谐振器 声表面波传感器 光电子学 声学 无线 表面波 声波 曲面(拓扑) 电子工程 物理声学 带通滤波器 频率响应 信号处理 Q系数
作者
Yang Li,Zhen Li,Xiangshun Geng,Zijia Su,Guofang Yu,Jie Cui,Wenpu Cui,Jun Fu,Tian-Ling Ren
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:26 (13): 19484-19491
标识
DOI:10.1109/jsen.2026.3694540
摘要

Surface acoustic wave (SAW) resonators demonstrate significant potential in passive wireless high-temperature sensing applications. However, their performance and reliability under extreme temperatures are fundamentally constrained by the thermal stability of the piezoelectric substrate. This paper presents the design, characterization, and sensing device of single-port SAW resonators based on aluminum nitride (AlN) and langasite (LGS) substrates. High-temperature experiments were conducted in air atmosphere from 25°C to 750°C using a muffle furnace, enabling real-time monitoring of the resonant frequency evolution. The AlN-based resonator, benefiting from a high phase velocity, achieved a resonant frequency of 2.1 GHz and exhibited superior temperature sensitivity, making it advantageous for developing compact, highly sensitive wireless sensors. However, it showed irreversible sensing characteristic drift during thermal cycling, limiting its stable operating temperature to below 600°C. In contrast, the LGS-based resonator maintains exceptional stability and repeatability over multiple thermal cycles up to 750°C. Furthermore, we successfully demonstrate a passive wireless sensing system using the LGS resonator, which enables precise temperature detection by monitoring shifts in the resonant frequency.

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