一种c轴倾斜氮化镓FBAR压电质量传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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、酶细胞等方面的研宄和检测是一个研宄热点，在实验研宄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。
[0003]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。
[0004]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，本发明研宄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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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。
[0010]在一较佳实施例中:所述衬底的材料为氮化镓。
[0011]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°。
[0012]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°。
[0013]在一较佳实施例中:所述接地端为2个。
[0014]在一较佳实施例中:所述氮化镓衬底蚀刻外围电路。
[0015]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。
[0016]相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果:
[0017]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。
[0018]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】
[0019]图1为本发明实施例中压电质量传感器的结构示意图；
[0020]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S12质量变化时频移变化图；
[0021]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S12质量变化时频移变化图；
[0022]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S12质量变化与绝对频移的关系图。
【具体实施方式】
[0023]下文结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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I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。
[0027]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300 ymX300 μπι, c轴倾斜氮化镓压电薄膜5的厚度为2 ym，待测物选择为S12，待测物可以选择其他材料，只需改变敏感层I即可。
[0028]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S12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S12质量变化与绝对频移的关系，直线斜率为各个角度下的S1 2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。
[0029]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。
【主权项】
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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01G7-00
【公开号】CN104764511
【申请号】CN201510193412
【发明人】秦利锋, 刘海强, 张金惠, 任奎丽, 刘伟, 周伟, 马盛林
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月22日