[发明专利]具有受控放置的功能化材料的声谐振器装置

说明书

一种微机电系统(MEMS)谐振器装置，包括至少一种功能化材料，所述功能化材料布置在顶侧电极的至少中心部分上，但是少于整个顶侧电极。对于在中心点处表现出最大灵敏度并且沿其外围具有降低的灵敏度的有源区域，在谐振器有源区域的至少一个外围部分上省略功能化材料防止分析物在最低灵敏度的区域中结合。至少一种功能化材料的最大长度在有源区域长度的约20％至约95％的范围内延伸，并且最大宽度在有源区域宽度的约50％至100％的范围内延伸。还提供了用于制造MEMS谐振器装置的方法。

相关申请的声明

本申请要求2016年8月11日提交的美国临时专利申请序列号为62/373,668的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。本文公开的主题还涉及2016年10月26日提交或将要提交的以下三个美国专利申请：(1)题为“提供图案化功能化区域的声谐振器装置和方法”的美国专利申请___(2)题为“用于功能化的贵金属层的声谐振器装置和方法”和(3)题为“提供气密性和表面功能化的声谐振器装置和制造方法”的美国专利申请___，其中前述三个美国专利申请的内容通过引用结合于此，如同在此完全阐述一样。

技术领域

本公开涉及声谐振器装置，包括声波传感器和适用于生物传感或生化传感应用的流体装置。

背景技术

生物传感器(或生物学传感器)是包括生物元件和将生物响应转换成电信号的换能器的分析装置。某些生物传感器涉及特异性结合材料(例如抗体、受体、配体等)与目标物质(例如分子、蛋白质、DNA、病毒、细菌等)之间的选择性生化反应，以及通过换能器将这种高度特异性反应的产物转化为可测量的量。其他传感器可以利用能够结合多种类型或类别的分子或可以存在于样品中的其他部分的非特异性结合材料，例如可以用于化学传感应用。本文中可使用的术语“功能化材料”通常涉及特异性和非特异性结合材料。与生物传感器一起使用的转换方法可以基于各种原理，例如电化学、光学、电学、声学等。其中，声学转换提供许多潜在的优点，例如实时、无标签和低成本、以及表现出高灵敏度。

声波装置采用传播通过压电材料表面或在压电材料表面上的声波，由此传播路径特性的任何变化都会影响波的速度和/或振幅。在声波装置的有源区域上或上方功能化材料的存在允许分析物结合到功能化材料，从而改变由声波振动的质量并改变波传播特性(例如速度，从而改变谐振频率)。速度的变化可以通过测量声波装置的频率、幅度或相位特性来监测，并且可以将其与被测量的物理量相关联。

在压电晶体谐振器的情况下，声波可以包括传播通过基板内部的体声波(BAW)，或者在基板表面上传播的表面声波(SAW)。SAW装置涉及利用沿压电材料表面的叉指式换能器转换声波(通常包括二维瑞利波)，其中波被限制在约一个波长的穿透深度。

BAW装置通常涉及使用布置在压电材料的相对的顶表面和底表面上的电极来转换声波。在BAW装置中，三种波模式可以传播，即一种纵向模式(体现纵向波，也称为压缩/拉伸波)和两种剪切模式(体现剪切波，也称为横波)，其中纵向和剪切模式分别识别粒子运动平行于或垂直于波传播方向的振动。纵向模式的特征在于在传播方向上的压缩和伸长，而剪切模式由垂直于传播方向的运动组成，没有局部的体积变化。纵向和剪切模式以不同的速度传播。实际上，这些模式不一定是纯模式，因为粒子振动或极化既不是纯粹平行于也不是纯粹垂直于传播方向。各模式的传播特性取决于相应于晶轴取向的材料特性和传播方向。产生剪切位移的能力有利于具有流体(例如液体)的声波装置的操作，因为剪切波不会将大量能量传递到流体中。