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    表面波 传感器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610727889.2

    申请日:

    2016.08.25

    公开号:

    CN106404919A

    公开日:

    2017.02.15

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 29/24申请日:20160825|||公开
    IPC分类号: G01N29/24 主分类号: G01N29/24
    申请人: 中国科学院微电子研究所
    发明人: 徐静波; 张海英
    地址: 100029 北京市朝阳区北土城西路3号
    优先权:
    专利代理机构: 北京汇泽知识产权代理有限公司 11228 代理人: 张瑾
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610727889.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.03.15|||2017.02.15

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种声表面波传感器,所述传感器由Si衬底、SiO2缓冲层、换能器IDT、ZnO薄膜组成多层结构,所述多层结构从上之下依次为ZnO薄膜、换能器IDT、SiO2缓冲层及Si衬底,所述换能器IDT为同心环形结构。本发明能够有效减少声表面波向自由空间的衍射现象,减少压电基片各向异性对声电转换的影响,从而提高声电转换效率;同时可以用于生物检测的液相检测环境。

    权利要求书

    1.一种声表面波传感器,其特征在于,所述声表面波传感器由Si衬底、SiO2缓冲层、换能
    器IDT、ZnO薄膜组成多层结构,所述多层结构从上之下依次为ZnO薄膜、换能器IDT、SiO2缓
    冲层及Si衬底,所述换能器IDT为同心环形结构。
    2.根据权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述ZnO薄膜的c轴平行于所述
    Si衬底或者垂直于所述Si衬底。
    3.根据权利要求2所述的声表面波传感器,其特征在于,所述IDT为完整的同心环形,输
    入端为外圈IDT,输出端为内圈IDT。
    4.根据权利要求3所述的声表面波传感器,其特征在于,所述IDT通过多层金属布线工
    艺形成,第一层金属布线工艺制作同心环形IDT,第二层金属布线工艺实现环形IDT和金属
    电极引脚的连接。
    5.根据权利要求3所述的声表面波传感器,其特征在于,在所述外圈IDT及内圈IDT之间
    涂覆有敏感材料。
    6.根据权利要求2所述的声表面波传感器,其特征在于,所述IDT为不完整的同心环形,
    输入IDT与输出IDT组成环形叉指结构。
    7.根据权利要求6所述的声表面波传感器,其特征在于,所述IDT通过一层金属布线工
    艺形成所述同心环形IDT及所述同心环形IDT与金属电极引脚的连接。
    8.根据权利要求6所述的声表面波传感器,其特征在于,在所述输入IDT与输出IDT组成
    的环形叉指结构外圈设置有环形反射栅,在所述环形叉指结构与所述反射栅之间涂覆有敏
    感材料。
    9.根据权利要求1-8中任一项所述的声表面波传感器,其特征在于,所述声表面波传感
    器采用单通道或者多通道。
    10.根据权利要求1-8中任一项所述的声表面波传感器,其特征在于,所述传感器的输
    入端及输出端的信号传输为无源无线型、有源无线型或有源有线型。

    说明书

    声表面波传感器

    技术领域

    本发明涉及声表面波器件技术领域,尤其涉及一种声表面波传感器。

    背景技术

    1979年,Wohltjen和Dessy最早报道了采用声表面波(SAW)延迟线振荡器探测化学
    蒸汽,由此开启了人们对一种新型传感器——声表面波传感器的研究之门。声表面波是在
    物体表面附近传播的一种弹性波,其振幅随深入物体表面的深度按指数规律衰减。声表面
    波传感器主要包括敏感材料及由压电基片材料、金属叉指换能器IDT构成的换能器两部分。
    压电材料表面上的IDT能够激励产生、接收声表面波,完成电磁波和声波之间的转换。在压
    电材料表面淀积敏感材料,敏感材料会受到周围物理、化学、生物量的影响,使得在压电材
    料表面传输的声表面波的波速、幅度、相位、粘弹性发生变化,通过测量变化值,达到量化检
    测外部物理、化学、生物量的目的。声表面波传感器多采用双延迟线通路结构,其中一路延
    迟线选择性沉积敏感材料用于测量,另一个延迟线作为参考,再利用混频技术抑制环境条
    件变化的影响。现有的声表面波器件是在压电基片上面制作条状矩形IDT。

    在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题:

    在压电基片上面制作条状矩形IDT,由于声表面波沿各向异性压电基片的不同晶
    向的传输特性不同,因而存在严重的声表面波衍射,导致声表面波传输损耗大,声电转换效
    率低。此外在液相检测环境下,压电基片介电常数远小于液体主要成分水的介电常数,容易
    导致瑞利波和横向极化剪切波激励产生的高频电信号短路,造成信号严重衰减。

    发明内容

    本发明提供的声表面波传感器,能够有效减少声表面波向自由空间的衍射现象,
    减少压电基片各向异性对声电转换的影响,从而提高声电转换效率;同时可以用于生物检
    测的液相检测环境。

    本发明提供一种声表面波传感器,所述声表面波传感器由Si衬底、SiO2缓冲层、换
    能器IDT、ZnO薄膜组成多层结构,所述多层结构从上之下依次为ZnO薄膜、换能器IDT、SiO2
    缓冲层及Si衬底,所述换能器IDT为同心环形结构。

    可选地,所述ZnO薄膜的c轴平行于所述Si衬底或者垂直于所述Si衬底。

    可选地,所述IDT为完整的同心环形,输入端为外圈IDT,输出端为内圈IDT。

    可选地,所述IDT通过多层金属布线工艺形成,第一层金属布线工艺制作同心环形
    IDT,第二层金属布线工艺实现环形IDT和金属电极引脚的连接。

    可选地,在所述外圈IDT及内圈IDT之间涂覆有敏感材料。

    可选地,所述IDT为不完整的同心环形,输入IDT与输出IDT组成环形叉指结构。

    可选地,所述IDT通过一层金属布线工艺形成所述同心环形IDT及所述同心环形
    IDT与金属电极引脚的连接。

    可选地,在所述输入IDT与输出IDT组成的环形叉指结构外圈设置有环形反射栅,
    在所述环形叉指结构与所述反射栅之间涂覆有敏感材料。

    可选地,所述声表面波传感器采用单通道或者多通道。

    可选地,所述传感器的输入端及输出端的信号传输为无源无线型、有源无线型或
    有源有线型。

    本发明实施例提供的声表面波传感器,由Si衬底、SiO2缓存层、IDT及ZnO薄膜组成
    多层结构,IDT被SiO2、ZnO两种压电材料包裹覆盖,减少了声表面波向自由空间的衍射现
    象,提高声电转换效率。同时IDT设计成同心环形结构,能够有效减少压电基片各向异性对
    声电转换的影响,进一步提高了声电转换效率。此外本发明提供的声表面波传感器,当ZnO
    薄膜的c轴平行于衬底时可以用于生物检测的液相检测环境,当ZnO薄膜的c轴垂直于衬底
    时可以用于其它的非液相检测环境。

    附图说明

    图1a为本发明一实施例IDT为完整环形的声表面波传感器的结构示意图;

    图1b为本发明另一实施例IDT为不完整环形的声表面波传感器的结构示意图;

    图2a为本发明一实施例声表面波传感器中的完整环形的IDT的结构示意图;

    图2b为本发明另一实施例声表面波传感器中的不完整环形的IDT的结构示意图。

    具体实施方式

    为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例
    中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅
    是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例?;诒痉⒚髦械氖凳├?,本领域普通技术人
    员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明?;さ姆段?。

    本发明提供一种声表面波传感器,如图1a及图1b所示,所述声表面波传感器由Si
    衬底、SiO2缓冲层、换能器IDT、ZnO薄膜组成多层结构,所述多层结构从上之下依次为ZnO薄
    膜、换能器IDT、SiO2缓冲层及Si衬底,如图2a及图2b所示,所述换能器IDT为同心环形结构。

    本发明实施例提供的声表面波传感器,由Si衬底、SiO2缓存层、IDT及ZnO薄膜组成
    多层结构,IDT被SiO2、ZnO两种压电材料包裹覆盖,减少了声表面波向自由空间的衍射现
    象,提高声电转换效率。同时IDT设计成同心环形结构,能够有效减少压电基片各向异性对
    声电转换的影响,进一步提高了声电转换效率。此外本发明提供的声表面波传感器,当ZnO
    薄膜的c轴平行于衬底时可以用于生物检测的液相检测环境,当ZnO薄膜的c轴垂直于衬底
    时可以用于其它的非液相检测环境。

    可选地,所述ZnO薄膜的c轴平行于所述Si衬底或者垂直于所述Si衬底。

    可选地,所述IDT为完整的同心环形,输入端为外圈IDT,输出端为内圈IDT。

    可选地,所述IDT通过多层金属布线工艺形成,第一层金属布线工艺制作同心环形
    IDT,第二层金属布线工艺实现环形IDT和金属电极引脚的连接。

    可选地,在所述外圈IDT及内圈IDT之间涂覆有敏感材料。

    可选地,所述IDT为不完整的同心环形,输入IDT与输出IDT组成环形叉指结构。

    可选地,所述IDT通过一层金属布线工艺形成所述同心环形IDT及所述同心环形
    IDT与金属电极引脚的连接。

    可选地,在所述输入IDT与输出IDT组成的环形叉指结构外圈设置有环形反射栅,
    在所述环形叉指结构与所述反射栅之间涂覆有敏感材料。

    可选地,所述声表面波传感器采用单通道或者多通道。

    可选地,所述传感器的输入端及输出端的信号传输为无源无线型、有源无线型或
    有源有线型。

    具体地,本发明涉及的一种声表面波传感器,选择Si/SiO2/IDT/ZnO多层材料结
    构,Si/SiO2/IDT/ZnO多层材料结构如图1a及图1b所示,由Si衬底、SiO2缓冲层、IDT、ZnO薄膜
    组成。在Si衬底上生长缓冲层SiO2,在缓冲层SiO2上面制作IDT,再生长ZnO薄膜,生长的ZnO
    薄膜的c轴可以平行于衬底,也可以垂直于衬底,当ZnO薄膜的c轴平行于衬底时,可以用于
    生物检测的液相检测环境,当ZnO薄膜的c轴垂直于衬底时可以用于其它的非液相检测环
    境。在这种多层结构中,IDT被SiO2、ZnO两种压电材料包裹覆盖,减少了声表面波向自由空
    间的衍射现象,提高声电转换效率。在声表面波传感器的多层结构中,IDT设计成同心环形
    结构,如图2a及图2b所示,在图2a中,IDT的同心环形为完整的同心环形,输入端为外圈IDT,
    输出端为内圈IDT。输入端电极引脚与外圈的同心环形通过导线连接,输出端电极引脚与内
    圈的同心环形通过导线连接,图1a中的IDT为图2a中的环形IDT的截面图,其中横线部分为
    与输入端电极引脚或输出端电极引脚连接的导线。因为在图2a中的输出端电极引脚与内圈
    IDT连接的导线横跨外圈IDT,该导线与外圈IDT需要绝缘处理以避免短路,因而该结构可以
    通过多层金属布线工艺形成,第一层金属布线工艺制作同心环形IDT,第二层金属布线工艺
    实现环形IDT和金属电极引脚的连接。在外圈IDT及内圈IDT之间涂覆敏感材料。

    在图2b中IDT为不完整的同心环形,输入IDT与输出IDT组成环形叉指结构。输入端
    电极引脚及输出端电极引脚分别与两个IDT通过导线连接,该不完整同心环形IDT通过一层
    金属布线工艺形成所述同心环形IDT及所述同心环形IDT与金属电极引脚的连接,图1b中的
    IDT为图2b中的环形IDT的截面图。在输入IDT与输出IDT组成的环形叉指结构外圈设置环形
    反射栅,在所述环形叉指结构与所述放射栅之间涂覆敏感材料。

    本发明实施例提供的声表面波传感器,可以设置多个图2a或图2b中的IDT结构,以
    实现多通道,其中一路通道中的敏感材料上不设置任何待测物品以做参考,其他通道中的
    敏感材料上可以设置不同的待测物品。本发明实施例提供的传感器的输入端及输出端的信
    号传输可以为无源无线型,也可以为有源无线型,还可以为有源有线型。

    以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的?;し段Р⒉痪窒抻诖?,任何
    熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应
    涵盖在本发明的?;し段е?。因此,本发明的?;し段вΩ靡匀ɡ蟮谋;し段?。

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