本發(fā)明涉及聲表面波器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲表面波傳感器。

背景技術(shù)：

1979年，Wohltjen和Dessy最早報(bào)道了采用聲表面波(SAW)延遲線振蕩器探測化學(xué)蒸汽，由此開啟了人們對(duì)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(shù)規(guī)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(gòu)成的換能器兩部分。壓電材料表面上的IDT能夠激勵(lì)產(chǎn)生、接收聲表面波，完成電磁波和聲波之間的轉(zhuǎn)換。在壓電材料表面淀積敏感材料，敏感材料會(huì)受到周圍物理、化學(xué)、生物量的影響，使得在壓電材料表面?zhèn)鬏數(shù)穆暠砻娌ǖ牟ㄋ?、幅度、相位、粘彈性發(fā)生變化，通過測量變化值，達(dá)到量化檢測外部物理、化學(xué)、生物量的目的。聲表面波傳感器多采用雙延遲線通路結(jié)構(gòu)，其中一路延遲線選擇性沉積敏感材料用于測量，另一個(gè)延遲線作為參考，再利用混頻技術(shù)抑制環(huán)境條件變化的影響?，F(xiàn)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下技術(shù)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(yán)重的聲表面波衍射，導(dǎo)致聲表面波傳輸損耗大，聲電轉(zhuǎn)換效率低。此外在液相檢測環(huán)境下，壓電基片介電常數(shù)遠(yuǎn)小于液體主要成分水的介電常數(shù)，容易導(dǎo)致瑞利波和橫向極化剪切波激勵(lì)產(chǎn)生的高頻電信號(hào)短路，造成信號(hào)嚴(yán)重衰減。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)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(xiàn)象，減少壓電基片各向異性對(duì)聲電轉(zhuǎn)換的影響，從而提高聲電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)可以用于生物檢測的液相檢測環(huán)境。

本發(fā)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(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)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(huán)形結(jié)構(gòu)。

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(huán)形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內(nèi)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(huán)形IDT，第二層金屬布線工藝實(shí)現(xiàn)環(huán)形IDT和金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述外圈IDT及內(nèi)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(huán)形，輸入IDT與輸出IDT組成環(huán)形叉指結(jié)構(gòu)。

可選地，所述IDT通過一層金屬布線工藝形成所述同心環(huán)形IDT及所述同心環(huán)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(huán)形叉指結(jié)構(gòu)外圈設(shè)置有環(huán)形反射柵，在所述環(huán)形叉指結(jié)構(gòu)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(hào)傳輸為無源無線型、有源無線型或有源有線型。

本發(fā)明實(shí)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)象，提高聲電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)IDT設(shè)計(jì)成同心環(huán)形結(jié)構(gòu)，能夠有效減少壓電基片各向異性對(duì)聲電轉(zhuǎn)換的影響，進(jìn)一步提高了聲電轉(zhuǎn)換效率。此外本發(fā)明提供的聲表面波傳感器，當(dāng)ZnO薄膜的c軸平行于襯底時(shí)可以用于生物檢測的液相檢測環(huán)境，當(dāng)ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時(shí)可以用于其它的非液相檢測環(huán)境。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明一實(shí)施例IDT為完整環(huán)形的聲表面波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b為本發(fā)明另一實(shí)施例IDT為不完整環(huán)形的聲表面波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明一實(shí)施例聲表面波傳感器中的完整環(huán)形的IDT的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b為本發(fā)明另一實(shí)施例聲表面波傳感器中的不完整環(huán)形的IDT的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)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(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)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(huán)形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)象，提高聲電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)IDT設(shè)計(jì)成同心環(huán)形結(jié)構(gòu)，能夠有效減少壓電基片各向異性對(duì)聲電轉(zhuǎn)換的影響，進(jìn)一步提高了聲電轉(zhuǎn)換效率。此外本發(fā)明提供的聲表面波傳感器，當(dāng)ZnO薄膜的c軸平行于襯底時(shí)可以用于生物檢測的液相檢測環(huán)境，當(dāng)ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時(shí)可以用于其它的非液相檢測環(huán)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(huán)形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內(nèi)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(huán)形IDT，第二層金屬布線工藝實(shí)現(xiàn)環(huán)形IDT和金屬電極引腳的連接。

可選地，在所述外圈IDT及內(nèi)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(huán)形，輸入IDT與輸出IDT組成環(huán)形叉指結(jié)構(gòu)。

可選地，所述IDT通過一層金屬布線工藝形成所述同心環(huán)形IDT及所述同心環(huán)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(huán)形叉指結(jié)構(gòu)外圈設(shè)置有環(huán)形反射柵，在所述環(huán)形叉指結(jié)構(gòu)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(hào)傳輸為無源無線型、有源無線型或有源有線型。

具體地，本發(fā)明涉及的一種聲表面波傳感器，選擇Si/SiO₂/IDT/ZnO多層材料結(jié)構(gòu)，Si/SiO₂/IDT/ZnO多層材料結(jié)構(gòu)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(dāng)ZnO薄膜的c軸平行于襯底時(shí)，可以用于生物檢測的液相檢測環(huán)境，當(dāng)ZnO薄膜的c軸垂直于襯底時(shí)可以用于其它的非液相檢測環(huán)境。在這種多層結(jié)構(gòu)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(xiàn)象，提高聲電轉(zhuǎn)換效率。在聲表面波傳感器的多層結(jié)構(gòu)中，IDT設(shè)計(jì)成同心環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖2a及圖2b所示，在圖2a中，IDT的同心環(huán)形為完整的同心環(huán)形，輸入端為外圈IDT，輸出端為內(nèi)圈IDT。輸入端電極引腳與外圈的同心環(huán)形通過導(dǎo)線連接，輸出端電極引腳與內(nèi)圈的同心環(huán)形通過導(dǎo)線連接，圖1a中的IDT為圖2a中的環(huán)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(dǎo)線。因?yàn)樵趫D2a中的輸出端電極引腳與內(nèi)圈IDT連接的導(dǎo)線橫跨外圈IDT，該導(dǎo)線與外圈IDT需要絕緣處理以避免短路，因而該結(jié)構(gòu)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(huán)形IDT，第二層金屬布線工藝實(shí)現(xiàn)環(huán)形IDT和金屬電極引腳的連接。在外圈IDT及內(nèi)圈IDT之間涂覆敏感材料。

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

本發(fā)明實(shí)施例提供的聲表面波傳感器，可以設(shè)置多個(gè)圖2a或圖2b中的IDT結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)多通道，其中一路通道中的敏感材料上不設(shè)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(shè)置不同的待測物品。本發(fā)明實(shí)施例提供的傳感器的輸入端及輸出端的信號(hào)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(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。