Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN104764511A - 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器 - Google Patents

一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN104764511A
CN104764511A CN201510193412.6A CN201510193412A CN104764511A CN 104764511 A CN104764511 A CN 104764511A CN 201510193412 A CN201510193412 A CN 201510193412A CN 104764511 A CN104764511 A CN 104764511A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
mass sensor
fbar
axis inclination
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510193412.6A
Other languages
English (en)
Inventor
秦利锋
刘海强
张金惠
任奎丽
刘伟
周伟
马盛林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201510193412.6A priority Critical patent/CN104764511A/zh
Publication of CN104764511A publication Critical patent/CN104764511A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供了一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，于包括：敏感层、上电极、信号端、接地端、c轴倾斜氮化镓压电薄膜、刻蚀孔、下电极、布拉格反射层和衬底；所述信号端和接地端在c轴倾斜氮化镓压电薄膜的顶部排布；所述上电极与信号端连接，并且涂覆有所述敏感层；下电极通过设置在压电薄膜的刻蚀孔与接地端相连；下电极沉积在布拉格反射层上，布拉格反射层沉积在衬底上。本发明提出的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，压电薄膜采用c轴倾斜的氮化镓压电薄膜，优选一定c轴倾斜角，可以使质量传感器在潮湿环境或液相环境中正常工作。

Description

一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器
技术领域
本发明涉及一种质量传感器，尤其涉及一种压电质量传感器。
背景技术
近些年来，分子生物学、病理学、医学诊断学、细菌学等领域对蛋白质、微生物、核酸、酶细胞等方面的研究和检测是一个研究热点，在实验研究的过程中需要检测它们的极微质量，这要求质量传感器的质量敏感度能达到分子量级并且能够在潮湿或液相环境中工作。目前在蛋白质分子和DNA的检测中，压电质量传感器是一种比较有效的手段，它的质量灵敏度达到了单分子量级，具备检测极微质量的要求，在生物质量传感器领域具有非常广阔的应用前景。
目前，压电晶体质量传感器主要有三种：石英晶体微量天平(QCM)，声表面波质量传感器(SAW)，薄膜体声波质量传感器(FBAR)。QCM的石英晶片不能做的很薄，导致QCM质量传感器灵敏度不高、体积大，不能实现微型化和集成化。SAW质量传感器的质量灵敏度受叉指电极的间距限制,目前光刻工艺很难进一步提高SAW质量传感器的质量灵敏度，另外部分SAW质量传感器对器件衬底有特定的要求,不利于实现SAW质量传感器的微型化和集成化。目前已报道的FBAR质量传感器质量灵敏度很高，也易于微型化和集成化，但是技术还不成熟，在潮湿环境和液相环境中时，声波在器件中衰减很大，导致FBAR质量传感器不能正常工作。
由以上分析可知，现有的压电质量传感器没有解决能够在潮湿或液相环境中工作的同时仍具有很高质量灵敏度和可以微型化、集成化的问题，本发明研究可用于潮湿环境和液相环境中极微质量的检测，并促进FBAR结构的质量传感器广泛应用具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种压电质量传感器，能够在潮湿或者液相环境中工作，并且具有很高质量的灵敏度。
本发明所要解决的次要技术问题是，上述的压电质量传感器可以微型化和集成化。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，包括：敏感层、上电极、信号端、接地端、c轴倾斜氮化镓压电薄膜、刻蚀孔、下电极、布拉格反射层和衬底；
所述信号端和接地端在c轴倾斜氮化镓压电薄膜的顶部排布；所述上电极与信号端连接，并且涂覆有所述敏感层；下电极通过设置在压电薄膜的刻蚀孔与接地端相连；下电极沉积在布拉格反射层上，布拉格反射层沉积在衬底上。
在一较佳实施例中：所述布拉格反射层由高声阻层和低声阻层交替层叠组成。
在一较佳实施例中：所述衬底的材料为氮化镓。
在一较佳实施例中：所述c轴倾斜氮化镓压电薄膜的倾斜角度为0°-360°。
在一较佳实施例中：所述c轴倾斜氮化镓压电薄膜的倾斜角度为42.8°。
在一较佳实施例中：所述接地端为2个。
在一较佳实施例中：所述氮化镓衬底蚀刻外围电路。
在一较佳实施例中：所述布拉格反射层由三层高声阻层和三层低声阻层交替层叠组成。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
1.本发明提出的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，压电薄膜采用c轴倾斜的氮化镓压电薄膜，优选一定c轴倾斜角，可以使质量传感器在潮湿环境或液相环境中正常工作。
2.本发明提出的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，采用FBAR结构，其工艺可以和传统半导体工艺之间兼容，具有微型化、可集成化的特点，并且传感器质量灵敏度极高。
附图说明
图1为本发明实施例中压电质量传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例中氮化镓压电薄膜c轴倾斜42.8°时待测SiO2质量变化时频移变化图；
图3是本发明实施例中氮化镓压电薄膜c轴倾斜60°时待测SiO2质量变化时频移变化图；
图4是本发明实施例中氮化镓压电薄膜c轴倾斜0-90°时待测SiO2质量变化与绝对频移的关系图。
具体实施方式
下文结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
结合图1所示，一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，包括敏感层1、上电极2、信号端3、接地端4、压电薄膜5、刻蚀孔6、下电极7、布拉格反射层8和衬底9。
在本具体实施例中，氮化镓衬底9，一方面作为传感器的支撑层，另一方面作为半导体可以刻蚀外围电路使其与压电质量传感器集成，在氮化镓衬底9上表面沉积布拉格反射层8；所述布拉格反射层8由三层高声阻层和三层低声阻层为交替层叠而成。布拉格反射层8上表面沉积下电极7，下电极7上表面沉积c轴倾斜的氮化镓压电薄膜5，氮化镓压电薄膜的c轴倾角可调，氮化镓压电薄膜5上表面排布器件信号端3、两个接地端4和上电极2，上电极2与信号端3相连。在上电极2表面涂覆敏感层1，两个接地端4通过氮化镓压电薄膜5内的刻蚀孔6与下电极7导通。
c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器在工作时，c轴倾斜氮化镓压电薄膜在压电效应作用下振动产生剪切波，剪切波在潮湿环境和液相环境中衰减很小，利用产生的剪切波，在潮湿环境和液相环境下当敏感层1的质量发生变化时，c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器的谐振频率发生频移，通过检测其谐振频率的频移检测出待测物质的质量，实现c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器在潮湿环境和液相环境中工作。
为了验证本发明提出的c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器的可行性，进行了模拟仿真。上电极2的有效面积为300μm×300μm,c轴倾斜氮化镓压电薄膜5的厚度为2μm，待测物选择为SiO2，待测物可以选择其他材料，只需改变敏感层1即可。
图2和图3是c轴倾斜氮化镓压电薄膜5在倾斜42.8°和60°时，在不同质量SiO2时的谐振频率频移，在倾斜42.8°时，c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器内部只存在剪切波，在倾斜60°时，剪切波和纵波同时存在。图4给出了c轴倾斜氮化镓压电薄膜5在倾斜0°-90°时，待测SiO2质量变化与绝对频移的关系，直线斜率为各个角度下的SiO2的质量灵敏度，约为-820cm2/g。可以看出，本发明提出的c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器能够在潮湿或液相环境下正常工作，并且具有很高的质量灵敏度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于包括：敏感层、上电极、信号端、接地端、c轴倾斜氮化镓压电薄膜、刻蚀孔、下电极、布拉格反射层和衬底；
所述信号端和接地端在c轴倾斜氮化镓压电薄膜的顶部排布；所述上电极与信号端连接，并且涂覆有所述敏感层；下电极通过设置在压电薄膜的刻蚀孔与接地端相连；下电极沉积在布拉格反射层上，布拉格反射层沉积在衬底上。
2.根据权利要求1所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述布拉格反射层由高声阻层和低声阻层交替层叠组成。
3.根据权利要求1所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述衬底的材料为氮化镓。
4.根据权利要求1所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述c轴倾斜氮化镓压电薄膜的倾斜角度为0°-360°。
5.根据权利要求1所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述c轴倾斜氮化镓压电薄膜的倾斜角度为42.8°。
6.根据权利要求1所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述接地端为2个。
7.根据权利要求3所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述氮化镓衬底蚀刻外围电路。
8.根据权利要求2所述的一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器，其特征在于：所述布拉格反射层由三层高声阻层和三层低声阻层交替层叠组成。
CN201510193412.6A 2015-04-22 2015-04-22 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器 Pending CN104764511A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510193412.6A CN104764511A (zh) 2015-04-22 2015-04-22 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510193412.6A CN104764511A (zh) 2015-04-22 2015-04-22 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104764511A true CN104764511A (zh) 2015-07-08

Family

ID=53646484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510193412.6A Pending CN104764511A (zh) 2015-04-22 2015-04-22 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104764511A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107525610A (zh) * 2017-08-10 2017-12-29 中北大学 基于厚度方向激励剪切波模式的fbar微压力传感器
CN107643228A (zh) * 2017-08-31 2018-01-30 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 测量汞蒸气的芯片及其制备方法、传感器及其使用方法
WO2020062675A1 (zh) * 2018-09-25 2020-04-02 深圳大学 一种声学微质量传感器及检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101775584A (zh) * 2010-01-08 2010-07-14 湖北大学 一种具有同质缓冲层的c轴倾斜AlN薄膜制备方法
CN102664602A (zh) * 2012-05-15 2012-09-12 浙江大学 一种基于嵌入式电极侧向场激励的fbar及其制作方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101775584A (zh) * 2010-01-08 2010-07-14 湖北大学 一种具有同质缓冲层的c轴倾斜AlN薄膜制备方法
CN102664602A (zh) * 2012-05-15 2012-09-12 浙江大学 一种基于嵌入式电极侧向场激励的fbar及其制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
熊娟等: "基于倾斜AlN薄膜的体声波质量传感器的制备及性能分析", 《传感技术学报》 *
王德苗等: "薄膜声体波谐振器（FBAR）的研究进展", 《电子元件与材料》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107525610A (zh) * 2017-08-10 2017-12-29 中北大学 基于厚度方向激励剪切波模式的fbar微压力传感器
CN107525610B (zh) * 2017-08-10 2020-02-07 中北大学 基于厚度方向激励剪切波模式的fbar微压力传感器
CN107643228A (zh) * 2017-08-31 2018-01-30 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 测量汞蒸气的芯片及其制备方法、传感器及其使用方法
WO2020062675A1 (zh) * 2018-09-25 2020-04-02 深圳大学 一种声学微质量传感器及检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2589272C2 (ru) Емкостный микрообработанный ультразвуковой преобразователь с подавленной акустической связью с подложкой
US10326425B2 (en) Acoustic resonator with reduced mechanical clamping of an active region for enhanced shear mode response
JP3717696B2 (ja) Ｑｃｍセンサデバイス
US20120256519A1 (en) Electromechanical transducer and method of producing the same
WO2000026636A1 (fr) Capteur qcm
TW200523546A (en) Biosensor utilizing a resonator having a functionalized surface
CN109945966A (zh) AlN双层薄膜的单电极水听器
US9465012B2 (en) Measurement method using a sensor; sensor system and sensor
CN105784222B (zh) 体声波壁面剪切应力传感器
CN104764511A (zh) 一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器
Chen et al. The Liquid Sensor Using Thin Film Bulk Acoustic Resonator with C‐Axis Tilted AlN Films
US8536764B2 (en) Arrangement of a piezoacoustic resonator on an acoustic mirror of a substrate, method for producing the arrangement and use of the arrangement
JP2011167021A (ja) 静電容量型電気機械変換装置
CN110398536B (zh) 一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法
JP3933340B2 (ja) マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス
CN101358941A (zh) 一种可裁剪的双面纳米带电极阵列集成传感器及制备方法
US8004021B2 (en) Microfabricated devices and method for fabricating microfabricated devices
CN113120854B (zh) 一种背衬型高频宽带pmut单元及pmut阵列
Cianci et al. Improvements towards a reliable fabrication process for cMUT
US11716070B2 (en) Film bulk acoustic sensors using thin LN-LT layer
US8667845B2 (en) Device and method for detecting elements in a fluid environment
CN115461231B (zh) 电容式微机械超声换能单元及其制备方法、面板、装置
US11498097B2 (en) Piezoelectric micromachined ultrasonic transducer and method of fabricating the same
CN109831729B (zh) 紧凑型高灵敏度mems微电容式传感器
Georgitzikis et al. 78‐2: A flat‐panel‐display compatible ultrasound platform

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150708

RJ01 Rejection of invention patent application after publication