剪切模式薄膜體聲波諧振器液相敏感特性研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-10 03:54
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)新型生化傳感器提出了高靈敏、微型化和芯片集成的要求。采用微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-electromechanical Systems,MEMS）技術(shù)制造靈敏性更高、高度集成化的微型傳感器是傳感器領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。薄膜體聲波諧振器（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）是近年來(lái)受到關(guān)注的一種MEMS高頻電聲器件,具有工作頻率高、體積小、靈敏度高、與CMOS集成等優(yōu)勢(shì),在生化傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是目前所報(bào)道的大部分縱波模式FBAR傳感器在生化反應(yīng)所需的液相測(cè)試環(huán)境中性能衰減明顯,限制了其對(duì)痕量物質(zhì)的更高靈敏性。發(fā)展剪切波諧振模式的FBAR器件被認(rèn)為是解決這一問(wèn)題的有效方法。本文基于對(duì)高靈敏、可集成的生化傳感器的應(yīng)用需求以及MEMS技術(shù)的發(fā)展前沿,針對(duì)限制FBAR器件廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)剪切模式FBAR傳感器的敏感原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造方法和應(yīng)用特性開(kāi)展研究,提出了有效激發(fā)剪切波諧振的方案。首次在實(shí)驗(yàn)上給出了微納尺度剪切體聲波對(duì)其粘滯界面的敏感規(guī)律,為液相生化在線分析提供了高性能的檢測(cè)平臺(tái)。進(jìn)一步首次報(bào)道了基于剪...
【文章來(lái)源】：山東科技大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．３?ＦＢＡＲ典型電學(xué)阻抗特性曲線，其中４為并聯(lián)諧振頻率，阻抗最大；，為串聯(lián)諧振??頻率，阻抗最小
?＾?２？２￣￣??／（Ｇｆｉｚ）??圖１．３?ＦＢＡＲ典型電學(xué)阻抗特性曲線，其中４為并聯(lián)諧振頻率，阻抗最大；，為串聯(lián)諧振??頻率，阻抗最小。??Ｆｉｇ．．?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｉｍｐｅｄａｎｃｅ?ｃｎａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｉ?ｒ＇ＢＡＲ，?ｗｈｅｒｅ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｒｅｓｏｎａｎｔ??ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｉｍｐｅｄａｎｃｅ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｌａｒｇｅｓｔ；＾?ｉｓ?ｔｈｅ?ｓｅｒｉｅｓ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｉｍｐｅｄａｎｃｅ??ｉｓ?ｔｈｅ?ｓｍａｌｌｅｓｔ．??理想ＦＢＡＲ器件是由上下兩層電極與壓電薄膜構(gòu)成，形成類似“三明治’’狀??的結(jié)構(gòu)（圖１．２）?［１８】。將射頻電壓施加在上下電極板上，交變電場(chǎng)會(huì)在兩個(gè)電極??之間的圧電振蕩堆中產(chǎn)生。由于受到壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)的影響，壓電薄膜??會(huì)隨著交變電場(chǎng)的周期性變化而產(chǎn)生周期性的收縮、膨脹的機(jī)械形變，這種周??期性的機(jī)械形變會(huì)讓壓電薄膜產(chǎn)生周期性的振動(dòng)，從而激勵(lì)出了沿薄膜厚度方??向傳播的體聲波。體聲波信號(hào)在兩電極與空氣接觸的地方發(fā)生反射。當(dāng)波長(zhǎng)等??于壓電振蕩堆厚度的偶數(shù)倍時(shí)
１．４ａＦＢＡＲ，ＭＥＭＳ??加工工藝，將壓電振蕩堆下方的襯底材料刻蝕去除大部分，由此在壓電振蕩??的下邊界與空氣交界處形成接觸面。這種結(jié)構(gòu)的ＦＢＡＲ器件雖然Ｑ值較高，??是由于襯底材料被大面積去除，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低，極大影響器件的成品率。??了解決該問(wèn)題，工業(yè)上通常采用在壓電振蕩堆和襯底之間添加支撐層的辦法??來(lái)解決，然而這樣的結(jié)構(gòu)又在一定程度上降低了器件的Ｑ值。??圖〗．４?（ｂ）所示的是空氣隙型Ｈ３ＡＲ，這種類型器件的制備工藝采取了基于??ＥＭＳ表面微機(jī)械加工技術(shù)，即，先填充犧牲層再去除犧牲層，這樣會(huì)在壓電??蕩堆與襯底材料之間形成一個(gè)很薄的空氣隙，從而得到與上電極表面一樣的??氣反射界面。構(gòu)建空氣間隙有兩種方法：一種可以通過(guò)去掉部分襯底的表面??形成的下沉型，另一種可以直接在襯底表面上沉積襯底材料而形成上凸型［２４，??５］�？諝忾g隙結(jié)構(gòu)的ＦＢＡＲ器件不但Ｑ值高，而且機(jī)械強(qiáng)度比背面刻蝕型ＦＢＡＲ??越，可以與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝相兼容。但其缺點(diǎn)是由于工藝復(fù)雜，器件的空氣??￣一丨．．電＊丨丨丨■上錢(qián)??
本文編號(hào)：2908040
【文章來(lái)源】：山東科技大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．３?ＦＢＡＲ典型電學(xué)阻抗特性曲線，其中４為并聯(lián)諧振頻率，阻抗最大；，為串聯(lián)諧振??頻率，阻抗最小
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１．４ａＦＢＡＲ，ＭＥＭＳ??加工工藝，將壓電振蕩堆下方的襯底材料刻蝕去除大部分，由此在壓電振蕩??的下邊界與空氣交界處形成接觸面。這種結(jié)構(gòu)的ＦＢＡＲ器件雖然Ｑ值較高，??是由于襯底材料被大面積去除，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低，極大影響器件的成品率。??了解決該問(wèn)題，工業(yè)上通常采用在壓電振蕩堆和襯底之間添加支撐層的辦法??來(lái)解決，然而這樣的結(jié)構(gòu)又在一定程度上降低了器件的Ｑ值。??圖〗．４?（ｂ）所示的是空氣隙型Ｈ３ＡＲ，這種類型器件的制備工藝采取了基于??ＥＭＳ表面微機(jī)械加工技術(shù)，即，先填充犧牲層再去除犧牲層，這樣會(huì)在壓電??蕩堆與襯底材料之間形成一個(gè)很薄的空氣隙，從而得到與上電極表面一樣的??氣反射界面。構(gòu)建空氣間隙有兩種方法：一種可以通過(guò)去掉部分襯底的表面??形成的下沉型，另一種可以直接在襯底表面上沉積襯底材料而形成上凸型［２４，??５］�？諝忾g隙結(jié)構(gòu)的ＦＢＡＲ器件不但Ｑ值高，而且機(jī)械強(qiáng)度比背面刻蝕型ＦＢＡＲ??越，可以與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝相兼容。但其缺點(diǎn)是由于工藝復(fù)雜，器件的空氣??￣一丨．．電＊丨丨丨■上錢(qián)??
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