聲表面波傳感器的制作方法

本發明涉及聲表面波器件技術領域，尤其涉及一種聲表面波傳感器。

背景技術：

1979年，Wohltjen和Dessy最早報道了采用聲表面波(SAW)延遲線振蕩器探測化學蒸汽，由此開啟了人們對一種新型傳感器——聲表面波傳感器的研究之門。聲表面波是在物體表面附近傳播的一種彈性波，其振幅隨深入物體表面的深度按指數規律衰減。聲表面波傳感器主要包括敏感材料及由壓電基片材料、金屬叉指換能器IDT構成的換能器兩部分。壓電材料表面上的IDT能夠激勵產生、接收聲表面波，完成電磁波和聲波之間的轉換。在壓電材料表面淀積敏感材料，敏感材料會受到周圍物理、化學、生物量的影響，使得在壓電材料表面傳輸的聲表面波的波速、幅度、相位、粘彈性發生變化，通過測量變化值，達到量化檢測外部物理、化學、生物量的目的。聲表面波傳感器多采用雙延遲線通路結構，其中一路延遲線選擇性沉積敏感材料用于測量，另一個延遲線作為參考，再利用混頻技術抑制環境條件變化的影響。現有的聲表面波器件是在壓電基片上面制作條狀矩形IDT。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下技術問題：

在壓電基片上面制作條狀矩形IDT，由于聲表面波沿各向異性壓電基片的不同晶向的傳輸特性不同，因而存在嚴重的聲表面波衍射，導致聲表面波傳輸損耗大，聲電轉換效率低。此外在液相檢測環境下，壓電基片介電常數遠小于液體主要成分水的介電常數，容易導致瑞利波和橫向極化剪切波激勵產生的高頻電信號短路，造成信號嚴重衰減。

技術實現要素：

本發明提供的聲表面波傳感器，能夠有效減少聲表面波向自由空間的衍射現象，減少壓電基片各向異性對聲電轉換的影響，從而提高聲電轉換效率；同時可以用于生物檢測的液相檢測環境。

本發明提供一種聲表面波傳感器，所述聲表面波傳感器由Si襯底、SiO₂緩沖層、換能器IDT、ZnO薄膜組成多層結構，所述多層結構從上之下依次為ZnO薄膜、換能器IDT、SiO₂緩沖層及Si襯底，所述換能器IDT為同心環形結構。

可選地，所述ZnO薄膜的c軸平行于所述Si襯底或者垂直于所述Si襯底。

可選地，所述IDT為完整的同心環形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內圈IDT。

可選地，所述IDT通過多層金屬布線工藝形成，第一層金屬布線工藝制作同心環形IDT，第二層金屬布線工藝實現環形IDT和金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述外圈IDT及內圈IDT之間涂覆有敏感材料。

可選地，所述IDT為不完整的同心環形，輸入IDT與輸出IDT組成環形叉指結構。

可選地，所述IDT通過一層金屬布線工藝形成所述同心環形IDT及所述同心環形IDT與金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述輸入IDT與輸出IDT組成的環形叉指結構外圈設置有環形反射柵，在所述環形叉指結構與所述反射柵之間涂覆有敏感材料。

可選地，所述聲表面波傳感器采用單通道或者多通道。

可選地，所述傳感器的輸入端及輸出端的信號傳輸為無源無線型、有源無線型或有源有線型。

本發明實施例提供的聲表面波傳感器，由Si襯底、SiO₂緩存層、IDT及ZnO薄膜組成多層結構，IDT被SiO₂、ZnO兩種壓電材料包裹覆蓋，減少了聲表面波向自由空間的衍射現象，提高聲電轉換效率。同時IDT設計成同心環形結構，能夠有效減少壓電基片各向異性對聲電轉換的影響，進一步提高了聲電轉換效率。此外本發明提供的聲表面波傳感器，當ZnO薄膜的c軸平行于襯底時可以用于生物檢測的液相檢測環境，當ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時可以用于其它的非液相檢測環境。

附圖說明

圖1a為本發明一實施例IDT為完整環形的聲表面波傳感器的結構示意圖；

圖1b為本發明另一實施例IDT為不完整環形的聲表面波傳感器的結構示意圖；

圖2a為本發明一實施例聲表面波傳感器中的完整環形的IDT的結構示意圖；

圖2b為本發明另一實施例聲表面波傳感器中的不完整環形的IDT的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供一種聲表面波傳感器，如圖1a及圖1b所示，所述聲表面波傳感器由Si襯底、SiO₂緩沖層、換能器IDT、ZnO薄膜組成多層結構，所述多層結構從上之下依次為ZnO薄膜、換能器IDT、SiO₂緩沖層及Si襯底，如圖2a及圖2b所示，所述換能器IDT為同心環形結構。

本發明實施例提供的聲表面波傳感器，由Si襯底、SiO₂緩存層、IDT及ZnO薄膜組成多層結構，IDT被SiO₂、ZnO兩種壓電材料包裹覆蓋，減少了聲表面波向自由空間的衍射現象，提高聲電轉換效率。同時IDT設計成同心環形結構，能夠有效減少壓電基片各向異性對聲電轉換的影響，進一步提高了聲電轉換效率。此外本發明提供的聲表面波傳感器，當ZnO薄膜的c軸平行于襯底時可以用于生物檢測的液相檢測環境，當ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時可以用于其它的非液相檢測環境。

可選地，所述ZnO薄膜的c軸平行于所述Si襯底或者垂直于所述Si襯底。

可選地，所述IDT為完整的同心環形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內圈IDT。

可選地，所述IDT通過多層金屬布線工藝形成，第一層金屬布線工藝制作同心環形IDT，第二層金屬布線工藝實現環形IDT和金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述外圈IDT及內圈IDT之間涂覆有敏感材料。

可選地，所述IDT為不完整的同心環形，輸入IDT與輸出IDT組成環形叉指結構。

可選地，所述IDT通過一層金屬布線工藝形成所述同心環形IDT及所述同心環形IDT與金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述輸入IDT與輸出IDT組成的環形叉指結構外圈設置有環形反射柵，在所述環形叉指結構與所述反射柵之間涂覆有敏感材料。

可選地，所述聲表面波傳感器采用單通道或者多通道。

可選地，所述傳感器的輸入端及輸出端的信號傳輸為無源無線型、有源無線型或有源有線型。

具體地，本發明涉及的一種聲表面波傳感器，選擇Si/SiO₂/IDT/ZnO多層材料結構，Si/SiO₂/IDT/ZnO多層材料結構如圖1a及圖1b所示，由Si襯底、SiO₂緩沖層、IDT、ZnO薄膜組成。在Si襯底上生長緩沖層SiO₂，在緩沖層SiO2上面制作IDT，再生長ZnO薄膜，生長的ZnO薄膜的c軸可以平行于襯底，也可以垂直于襯底，當ZnO薄膜的c軸平行于襯底時，可以用于生物檢測的液相檢測環境，當ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時可以用于其它的非液相檢測環境。在這種多層結構中，IDT被SiO₂、ZnO兩種壓電材料包裹覆蓋，減少了聲表面波向自由空間的衍射現象，提高聲電轉換效率。在聲表面波傳感器的多層結構中，IDT設計成同心環形結構，如圖2a及圖2b所示，在圖2a中，IDT的同心環形為完整的同心環形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內圈IDT。輸入端電極引腳與外圈的同心環形通過導線連接，輸出端電極引腳與內圈的同心環形通過導線連接，圖1a中的IDT為圖2a中的環形IDT的截面圖，其中橫線部分為與輸入端電極引腳或輸出端電極引腳連接的導線。因為在圖2a中的輸出端電極引腳與內圈IDT連接的導線橫跨外圈IDT，該導線與外圈IDT需要絕緣處理以避免短路，因而該結構可以通過多層金屬布線工藝形成，第一層金屬布線工藝制作同心環形IDT，第二層金屬布線工藝實現環形IDT和金屬電極引腳的連接。在外圈IDT及內圈IDT之間涂覆敏感材料。

在圖2b中IDT為不完整的同心環形，輸入IDT與輸出IDT組成環形叉指結構。輸入端電極引腳及輸出端電極引腳分別與兩個IDT通過導線連接，該不完整同心環形IDT通過一層金屬布線工藝形成所述同心環形IDT及所述同心環形IDT與金屬電極引腳的連接，圖1b中的IDT為圖2b中的環形IDT的截面圖。在輸入IDT與輸出IDT組成的環形叉指結構外圈設置環形反射柵，在所述環形叉指結構與所述放射柵之間涂覆敏感材料。

本發明實施例提供的聲表面波傳感器，可以設置多個圖2a或圖2b中的IDT結構，以實現多通道，其中一路通道中的敏感材料上不設置任何待測物品以做參考，其他通道中的敏感材料上可以設置不同的待測物品。本發明實施例提供的傳感器的輸入端及輸出端的信號傳輸可以為無源無線型，也可以為有源無線型，還可以為有源有線型。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。