[发明专利]一种用于液体检测的薄膜体声波传感器

说明书

本发明属于压电谐振器及声波传感技术领域，涉及一种用于液体检测的薄膜体声波传感器。该薄膜体声波传感器包括基底、声反射层、压电薄膜、金属电极对以及微流体通道，其中，金属电极对由两个金属激励电极组成，其中一个金属激励电极位于压电薄膜的一侧，另一个金属激励电极位于压电薄膜的另一侧，微流体通道设置于压电薄膜与其中一个金属激励电极之间。由于金属电极对产生的高频电场能够穿过微流体通道中的液体，使得本发明中传感器对所测试液体的电导性、介电性等电学性质具有较强的敏感特性，电场激发压电薄膜产生的体声波在液体中传播形成谐振，直接接触所测物质，有利于提升传感器的灵敏性。

技术领域

本发明属于压电谐振器及声波传感领域，涉及一种用于液体检测的薄膜体声波传感器。

背景技术

近年来，薄膜体声波传感器在射频通信和生化传感领域中受到广泛关注，薄膜体声波传感器能够应用于化学物质分析以及生物基因检测、蛋白质分析等方面。

薄膜体声波传感器一般由一层压电薄膜与上、下金属激励电极组成，其中，上金属激励电极和下金属激励电极分别位于压电薄膜的上、下表面，构成“三明治”式夹心结构。

薄膜体声波传感器基于压电薄膜产生的高频电声谐振原理，以传感器的谐振频率、相位或振幅随检测物质的变化作为传感器的响应，其表面吸附层的质量变化灵敏度能够达到单分子量级，因而具有非常广阔的应用前景。目前，为实现生物物质的高通量在线实时检测，需要在薄膜体声波传感器中设置微流道进行分析样品的输运。例如：

专利文献1公开了一种用于液体检测的微流通道声波传感器，通过将微流体通道设置成布拉格反射层，利用纵波代替剪切波在液体中传播，以提高传感器的品质因数。

专利文献2公开了一种具有半椭圆形微流道的压电薄膜谐振传感器，通过将微流体通道设置成半椭圆形，在一定程度上减小声波能量的损失，以提高传感器的谐振和传感性能。

非专利文献1公开了一种在压电薄膜电极下方的硅基片中构建微流道的薄膜体声波传感器方案，在该方案中微流道位于底层电极的下方。

非专利文献2则公开了一种压电薄膜电极上方利用AlN作为微流道骨架的方案。

发明人通过阅读现有技术文献，发现以上器件结构中输运测试液体的微流体通道均位于由压电薄膜与上、下金属激励电极组成的谐振结构外侧。

此种结构的薄膜体声波传感器在进行液体检测时存在如下两方面的问题：

1.由上、下金属激励电极产生的激励电场仅存在于压电薄膜中，激励电场由于无法进入微流体通道中，导致薄膜体声波传感器的谐振特性无法对测试液体的电学性质敏感；

2.压电薄膜产生的体声波需要经过金属激励电极后才会进入测试液体，由于体声波经过的金属激励电极的两侧分别为固、液两种界面，因此，当体声波在经过金属激励电极时存在较大的反射和损耗，不利于传感敏感特性的提升，不利于传感器品质因数的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1公开号：CN109870504A，公开日期：2019年6月11日。

专利文献2公开号：CN103234562A，公开日期：2013年8月7日。

非专利文献

非专利文献1瑞典林雪平大学G.Wingqvist等人在SurfaceCoatings Technology(表面和涂层技术)杂志2010年第205卷1279页的文章“AlN-based sputter-depositedshear mode thin film bulk acoustic resonator(FBAR)for biosensor applications-A review”。