一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種質量傳感器，尤其涉及一種壓電質量傳感器。
【背景技術】
[0002]近些年來，分子生物學、病理學、醫(yī)學診斷學、細菌學等領域對蛋白質、微生物、核酸、酶細胞等方面的研宄和檢測是一個研宄熱點，在實驗研宄的過程中需要檢測它們的極微質量，這要求質量傳感器的質量敏感度能達到分子量級并且能夠在潮濕或液相環(huán)境中工作。目前在蛋白質分子和DNA的檢測中，壓電質量傳感器是一種比較有效的手段，它的質量靈敏度達到了單分子量級，具備檢測極微質量的要求，在生物質量傳感器領域具有非常廣闊的應用前景。
[0003]目前，壓電晶體質量傳感器主要有三種:石英晶體微量天平(QCM)，聲表面波質量傳感器(SAW)，薄膜體聲波質量傳感器(FBAR)。QCM的石英晶片不能做的很薄，導致QCM質量傳感器靈敏度不高、體積大，不能實現(xiàn)微型化和集成化。SAW質量傳感器的質量靈敏度受叉指電極的間距限制，目前光刻工藝很難進一步提高SAW質量傳感器的質量靈敏度，另外部分SAW質量傳感器對器件襯底有特定的要求，不利于實現(xiàn)SAW質量傳感器的微型化和集成化。目前已報道的FBAR質量傳感器質量靈敏度很高，也易于微型化和集成化，但是技術還不成熟，在潮濕環(huán)境和液相環(huán)境中時，聲波在器件中衰減很大，導致FBAR質量傳感器不能正常工作。
[0004]由以上分析可知，現(xiàn)有的壓電質量傳感器沒有解決能夠在潮濕或液相環(huán)境中工作的同時仍具有很高質量靈敏度和可以微型化、集成化的問題，本發(fā)明研宄可用于潮濕環(huán)境和液相環(huán)境中極微質量的檢測，并促進FBAR結構的質量傳感器廣泛應用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的主要技術問題是提供一種壓電質量傳感器，能夠在潮濕或者液相環(huán)境中工作，并且具有很高質量的靈敏度。
[0006]本發(fā)明所要解決的次要技術問題是，上述的壓電質量傳感器可以微型化和集成化。
[0007]為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，包括:敏感層、上電極、信號端、接地端、c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜、刻蝕孔、下電極、布拉格反射層和襯底；
[0008]所述信號端和接地端在c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的頂部排布；所述上電極與信號端連接，并且涂覆有所述敏感層；下電極通過設置在壓電薄膜的刻蝕孔與接地端相連；下電極沉積在布拉格反射層上，布拉格反射層沉積在襯底上。
[0009]在一較佳實施例中:所述布拉格反射層由高聲阻層和低聲阻層交替層疊組成。
[0010]在一較佳實施例中:所述襯底的材料為氮化鎵。
[0011]在一較佳實施例中:所述c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的傾斜角度為0° -360°。
[0012]在一較佳實施例中:所述c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的傾斜角度為42.8°。
[0013]在一較佳實施例中:所述接地端為2個。
[0014]在一較佳實施例中:所述氮化鎵襯底蝕刻外圍電路。
[0015]在一較佳實施例中:所述布拉格反射層由三層高聲阻層和三層低聲阻層交替層疊組成。
[0016]相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的技術方案具備以下有益效果:
[0017]1.本發(fā)明提出的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，壓電薄膜采用c軸傾斜的氮化鎵壓電薄膜，優(yōu)選一定c軸傾斜角，可以使質量傳感器在潮濕環(huán)境或液相環(huán)境中正常工作。
[0018]2.本發(fā)明提出的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，采用FBAR結構，其工藝可以和傳統(tǒng)半導體工藝之間兼容，具有微型化、可集成化的特點，并且傳感器質量靈敏度極高。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例中壓電質量傳感器的結構示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例中氮化鎵壓電薄膜c軸傾斜42.8°時待測S12質量變化時頻移變化圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例中氮化鎵壓電薄膜c軸傾斜60°時待測S12質量變化時頻移變化圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例中氮化鎵壓電薄膜c軸傾斜0-90°時待測S12質量變化與絕對頻移的關系圖。
【具體實施方式】
[0023]下文結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]結合圖1所示，一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，包括敏感層1、上電極2、信號端3、接地端4、壓電薄膜5、刻蝕孔6、下電極7、布拉格反射層8和襯底9。
[0025]在本具體實施例中，氮化鎵襯底9，一方面作為傳感器的支撐層，另一方面作為半導體可以刻蝕外圍電路使其與壓電質量傳感器集成，在氮化鎵襯底9上表面沉積布拉格反射層8 ;所述布拉格反射層8由三層高聲阻層和三層低聲阻層為交替層疊而成。布拉格反射層8上表面沉積下電極7，下電極7上表面沉積c軸傾斜的氮化鎵壓電薄膜5，氮化鎵壓電薄膜的c軸傾角可調(diào)，氮化鎵壓電薄膜5上表面排布器件信號端3、兩個接地端4和上電極2，上電極2與信號端3相連。在上電極2表面涂覆敏感層1，兩個接地端4通過氮化鎵壓電薄膜5內(nèi)的刻蝕孔6與下電極7導通。
[0026]c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器在工作時，c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜在壓電效應作用下振動產(chǎn)生剪切波，剪切波在潮濕環(huán)境和液相環(huán)境中衰減很小，利用產(chǎn)生的剪切波，在潮濕環(huán)境和液相環(huán)境下當敏感層I的質量發(fā)生變化時，c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器的諧振頻率發(fā)生頻移，通過檢測其諧振頻率的頻移檢測出待測物質的質量，實現(xiàn)c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器在潮濕環(huán)境和液相環(huán)境中工作。
[0027]為了驗證本發(fā)明提出的c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器的可行性，進行了模擬仿真。上電極2的有效面積為300 ymX300 μπι, c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜5的厚度為2 ym，待測物選擇為S12，待測物可以選擇其他材料，只需改變敏感層I即可。
[0028]圖2和圖3是c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜5在傾斜42.8°和60°時，在不同質量S12時的諧振頻率頻移，在傾斜42.8。時，c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器內(nèi)部只存在剪切波，在傾斜60°時，剪切波和縱波同時存在。圖4給出了 c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜5在傾斜0° -90°時，待測S12質量變化與絕對頻移的關系，直線斜率為各個角度下的S1 2的質量靈敏度，約為_820cm2/g?？梢钥闯?，本發(fā)明提出的c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器能夠在潮濕或液相環(huán)境下正常工作，并且具有很高的質量靈敏度。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)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(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種C軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于包括:敏感層、上電極、信號端、接地端、c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜、刻蝕孔、下電極、布拉格反射層和襯底； 所述信號端和接地端在c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的頂部排布；所述上電極與信號端連接，并且涂覆有所述敏感層；下電極通過設置在壓電薄膜的刻蝕孔與接地端相連；下電極沉積在布拉格反射層上，布拉格反射層沉積在襯底上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述布拉格反射層由高聲阻層和低聲阻層交替層疊組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述襯底的材料為氮化鎵。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的傾斜角度為0° -360°。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的傾斜角度為42.8°。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述接地端為2個。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述氮化鎵襯底蝕刻外圍電路。
8.根據(jù)權利要求2所述的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，其特征在于:所述布拉格反射層由三層高聲阻層和三層低聲阻層交替層疊組成。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，于包括：敏感層、上電極、信號端、接地端、c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜、刻蝕孔、下電極、布拉格反射層和襯底；所述信號端和接地端在c軸傾斜氮化鎵壓電薄膜的頂部排布；所述上電極與信號端連接，并且涂覆有所述敏感層；下電極通過設置在壓電薄膜的刻蝕孔與接地端相連；下電極沉積在布拉格反射層上，布拉格反射層沉積在襯底上。本發(fā)明提出的一種c軸傾斜氮化鎵FBAR壓電質量傳感器，壓電薄膜采用c軸傾斜的氮化鎵壓電薄膜，優(yōu)選一定c軸傾斜角，可以使質量傳感器在潮濕環(huán)境或液相環(huán)境中正常工作。
【IPC分類】G01G7-00
【公開號】CN104764511
【申請?zhí)枴緾N201510193412
【發(fā)明人】秦利鋒, 劉海強, 張金惠, 任奎麗, 劉偉, 周偉, 馬盛林
【申請人】廈門大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月22日