专利名称：压电谐振阵列芯片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及压电谐振器，特别是压电谐振器的阵列集成芯片。
压电谐振器是由压电材料及其两侧表面敷被电极构成压电振子，压电振子的电极外接振荡电路时形成压电谐振器。压电振子在其谐振过程中与周边环境相互作用，其谐振特性与振子电极表面和环境介质的物理性质包括质量、介电或粘弹性等有关，可表现为谐振器的谐振频率或幅度等其它电学量对振子电极表面和环境介质的物理量、化学量或生物量等传感量的变化做出应答。采用谐振器阵列可同时获取被检对象的多维信息，得到对象的全面、动态、实时或在位描述，或可一次测定多个被检对象，用于化学、生物学、药学、临床医学和环境科学等领域的分析检测。
已有的压电谐振器阵列芯片，如在中国专利95113059.5中公开的“可任意分布的压电振荡式阵列传感器”以及在中国专利99117440.2中公开的“微型压电谐振式传感器阵列芯片”。前者采用在一块压电材料的正反两个表面敷设有任意形状的多组导电材料，导电材料的交错部分在外接有振荡电路时形成独立的压电谐振器；这种压电谐振阵列每个谐振器都需外接相应独立的振荡电路以及振荡调频波接收换能器，结构及其制备复杂，各调频波间将存在严重的、难以消除的干扰；而且需通过复杂的幅度和相位检测电路进行测量，不能采用简易、高精度的频率检测电路测量谐振器信号。后者是将压电材料及其一面电极微细加工成多个互相隔离的微型压电振子，各微电极外接有振荡电路时形成微型压电谐振器阵列；这种压电谐振阵列的制备包括压电材料及金属电极两种不同材料的微细加工，方法复杂，而且压电材料的微细加工还受材料性质的限制。
本发明的目的是提供一种集成多个传感器、可同时获取多个传感量的超灵敏、高精度、易检测、抗干扰、可批量制备、成本低的压电谐振阵列芯片及其制备方法。
为达上述目的，本发明采用两面敷有导电膜的压电材料谐振片，该谐振片一侧导电膜作为谐振阵列的共用电极，另一侧导电膜微细加工成多个互相隔离的微型电极的阵列。
本发明的压电谐振阵列芯片，包含压电材料的压电谐振片(1)及其两侧片面上的电极，本压电谐振片的片面是光整表面，电极有分别在压电谐振片的两片面上的由至少两个相互隔离的微型电极(2)构成的微型电极阵列和共用电极(3)。
上述的压电谐振片的材料是石英晶体、或压电陶瓷、或压电聚偏氟乙烯薄膜，其片面呈为n边型，且n≥3。
上述的的微型电极(2)、共用电极(3)的材料是金、或银、或铝，微型电极和电极是片状的圆形、或椭圆形、或n边型，且n≥3。
上述本发明的压电谐振阵列芯片的制备方法，有如下步骤1)将压电材料切制成厚度为10～100μm的AT切型片，制得表面光整的压电谐振片(1)；2)采用真空蒸镀法，将导电材料镀覆在压电谐振片的两侧片面上，形成厚度为100～1000nm的导电膜，从而在压电谐振片的一侧片面上制成共用电极(3)；3)将压电谐振片的另一侧片面上的导电膜，按如下步骤制成由至少两个相互隔离的微型电极(2)构成的微型电极阵列(1)在光洁的玻璃板上涂敷感光乳胶，然后用激光写机将感光乳胶曝光成微型电极的阵列图形，制成掩模；(2)在导电膜上涂敷光刻胶，在光刻胶上重叠上述掩模，然后用接触式光刻机对光刻胶进行曝光；(3)将曝光后的光刻胶洗去，再用化学法腐蚀去除导电膜的未曝光的光刻胶，制成由由至少两个相互隔离的微型电极(3)构成的微型电极阵列，从而制成压电谐振阵列芯片。
使用本发明的压电谐振阵列芯片时，将共用电极、微型电极阵列的各电极分别外接振荡电路形成各自独立的压电微型谐振器，构成压电微型谐振器阵列。采用通常的检测方法，通过测量各压电微型传感器的谐振频率的变化，可动态、实时或在位检测相应各电极表面及其环境介质的传感量。
本发明特别适用于微量和超微量的物理量、化学置和生物量的分析检测。
本发明的压电谐振阵列芯片与已有压电谐振芯片比较，具有如下的优点和效果。
首先，本发明在一个压电谐振片上通过制作多个互相隔离的微型电极阵列，构制压电微型谐振器阵列，各压电谐振器即为一传感单元，使多个压电传感器集成在一个芯片上。
其次，本发明将压电谐振器件微型化，可采用超薄的压电谐振片，使其谐振达到已有的压电谐振片无法实现的超高频率，其谐振频率可达上百兆赫；由于压电谐振式传感器的灵敏度随其谐振频率增加而提高，因此，本发明的压电谐振阵列芯片对传感量的灵敏度可大大高于现有技术水平。
再者，用本发明的压电谐振阵列芯片构成的压电微型谐振器阵列中的各压电微型谐振器相互独立，因此各压电微型谐振器间不存在干扰；加上频率本身为数字信号，使谐振器信号易于快速和高精度测量和处理，具有高精度、易检测、抗干扰的优点。
此外，与已有压电谐振阵列芯片相比，本发明压电谐振阵列芯片的结构简单，而且其制备只需对导电金属膜一种材料进行微细加工，不包括压电材料的微细加工，制备方法简单，成本低廉，易于大批量制备。
下面，再用实施例及其附图对本发明作进一步地说明。
附图的简要说明。
图1是本发明的一种压电谐振阵列芯片的结构示意图。
图2是图1的俯视图。显示由多个微型电极(3)构成的微型电极阵列。
实施例1本发明的一种压电谐振阵列芯片，如附图所示。由压电谐振片和电极构成。
上述压电谐振片1可以是任意形状的石英晶体、或压电陶瓷、或压电聚偏氟乙烯薄膜等压电材料。本实施例采用将石英材料切片成平片形。压电谐振片的片形可以制成圆形、或椭圆形、多边型等各种几何形状。
上述电极有分别固连在压电谐振片两侧的片面上的微型电极2的和共用电极3。电极采用通常的导电材料，如金、银、铝等制成。微型电极2，制成圆形、或椭圆形、多边型等各种几何形状，呈均匀分布的阵列形满布压电谐振片的一侧面。共用电极3满布压电谐振片的另一侧片面，其形状与压电谐振片的片面形状相同。在一块13.6mm×6.0mm的芯片上，有2×8个0.8mm×0.8mm的微型电极，从而构成有16个压电谐振传感器的压电谐振传感器阵列。
上述压电谐振片的制作方法如下1)采用通常方法将压电材料，本实施例选用石英晶体，切片成100μm厚的AT切型石英晶体片，制得压电谐振片1。
2)采用真空蒸镀法，将导电材料镀覆在压电谐振片的两侧片面上，若导电材料选用金，则形成厚度为200nm的导电金膜，从而在压电谐振片的一侧片面上制成共用电极3。
3)将压电谐振片的另一侧片面上的导电金膜，按如下步骤制成微型电极2的阵列(1)在光洁的玻璃板上涂敷感光乳胶，然后用激光写机将感光乳胶曝光成所设计的由多个微型电极构成的阵列图形，制成掩模；(2)在金膜上涂敷光刻胶，在光刻胶上重叠上述掩模，重叠时应准确对位，然后用接触式光刻机对光刻胶进行曝光；(3)将曝光后的光刻胶洗去，再用化学法腐蚀去除未曝光的光刻胶，制成由多个微型金电极组成的微型电极阵列，从而制成本实施例的压电石英晶体谐振阵列芯片。
权利要求
1.压电谐振阵列芯片，包含压电材料的压电谐振片(1)及其两侧片面上的电极，其特征在于压电谐振片的片面是光整表面，电极有分别在压电谐振片的两片面上的由至少两个相互隔离的微型电极(2)构成的微型电极阵列和共用电极(3)。
2.根据权利要求1所述的压电谐振阵列芯片，其特征在于所说的压电谐振片的材料是石英晶体、或压电陶瓷、或压电聚偏氟乙烯薄膜，其片面呈为n边型，且n≥3。
3.根据权利要求1或2所述的压电谐振阵列芯片，其特征在于所说的微型电极(2)、共用电极(3)的材料是金、或银、或铝，微型电极和电极是片状的圆形、或椭圆形、或n边型，且n≥3。
4.权利要求1、2或3的压电谐振阵列芯片的制备方法，其特征在于1)将压电材料切制成厚度为10～100μm的AT切型片，制得表面光整的压电谐振片(1)；2)采用真空蒸镀法，将导电材料镀覆在压电谐振片的两侧片面上，形成厚度为100～1000nm的导电膜，从而在压电谐振片的一侧片面上制成共用电极(3)；3)将压电谐振片的另一侧片面上的导电膜，按如下步骤制成由至少两个相互隔离的微型电极(3)构成的微型电极阵列(1)在光洁的玻璃板上涂敷感光乳胶，然后用激光写机将感光乳胶曝光成微型电极的阵列图形，制成掩模；(2)在导电膜上涂敷光刻胶，在光刻胶上重叠上述掩模，然后用接触式光刻机对光刻胶进行曝光；(3)将曝光后的光刻胶洗去，再用化学法腐蚀去除导电膜的未曝光的光刻胶，制成由由至少两个相互隔离的微型电极(2)构成的微型电极阵列，从而制成压电谐振阵列芯片。
全文摘要
本发明涉及压电谐振器的阵列集成芯片。旨在解决已有芯片灵敏度较低、精度较差、制备复杂、干扰较大等问题。本阵列芯片包含压电材料的压电谐振片1及其两侧片面上分别有光整表面的共用电极2和微型电极阵列3。上述芯片的制备方法:1)将压电材料切制成压电谐振片1;2)用真空蒸镀法镀覆导电膜,形成一侧片面上的共用电极2;另一侧片面再经微细加工成微型电极阵列3。适用于微量和超微量的物理量、化学量和生物量的分析检测。
文档编号G01D5/14GK1314583SQ0110714
公开日2001年9月26日 申请日期2001年2月20日 优先权日2001年2月20日
发明者莫志宏, 吴中福, 靳萍, 田学隆, 郭钢 申请人:重庆大学