[发明专利]用于质量传感的谐振器结构

说明书

一种固体安装谐振器传感器，所述固体安装谐振器传感器具有衬底。抗反射器堆叠靠近所述衬底设置。所述抗反射器堆叠包括一个或多个声干扰层。第一电极靠近所述抗反射器堆叠设置。第二电极具有面向所述第一电极的第一表面和背离所述第一电极的相对的第二表面。基本上四分之一波长压电材料层设置在所述第一电极与所述第二电极之间。

相关专利申请

本申请要求2019年12月19日提交的美国临时专利申请号62/950,445 的权益，所述临时专利申请在不与本文所呈现的公开内容冲突的范围内以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及声谐振器，包括适用于生物传感或生物化学传感应用的声谐振器。

背景技术

诸如薄膜体声波(BAW)谐振器等压电器件和石英晶体微天平 (QCM)等类似技术已被用作质量检测器一段时间。压电谐振器的一个应用是检测极少量的材料。压电谐振器通常被构造为夹在两个电极层之间的结晶或多晶压电材料的薄平面层。当用作传感器时，谐振器暴露于被检测的材料以允许材料结合在谐振器的表面上。

待检测的材料通常是分析物。选择性结合分析物的结合配偶体(例如，抗体等)可以相对于谐振器的表面固定。当分析物与谐振器的表面接触时，表面上的质量增加。改变的质量导致谐振器的谐振相位、频率等的改变。

检测结合在传感谐振器表面上的材料量的一种常规方式是在振荡器电路中以其谐振频率操作谐振器。当被检测的材料结合在谐振器表面上时，谐振器的振荡频率降低。测量谐振器的振荡频率的改变(假定由谐振器表面上的材料的结合引起)，并将其用于计算结合在谐振器上的材料的量或材料在谐振器表面上累积的速率。

在压电晶体谐振器的情况下，声波可以体现为通过衬底内部(或“体”) 传播的BAW，或在衬底表面上传播的表面声波(SAW)。SAW器件涉及沿压电材料的表面利用叉指换能器的声波(通常包括二维瑞利波)的转换，其中波被限制在约一个波长的穿透深度。BAW器件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的声波的转换。在BAW器件中，可以传播三种波模式，即一种纵向模式(包含纵向波，也称为压缩/ 拉伸波)和两种剪切模式(包含剪切波，也称为横波)，纵向模式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，而没有体积的局部改变。纵向模式和剪切模式以不同的速度传播。在实践中，这些模式不一定是纯模式，因为粒子振动或偏振既不完全平行也不完全垂直于传播方向。相应模式的传播特性取决于材料性质和相对于晶轴取向的传播方向。由于剪切波在液体中表现出非常低的穿透深度，具有纯剪切模式或占优势的剪切模式的器件可以在液体中操作而没有显著的辐射损失(与可以在液体中辐射并表现出显著的传播损失的纵向波相反)。产生剪切位移的能力对于具有流体(例如，液体)的声波器件的操作是有益的，因为剪切波不向流体赋予显著的能量。

某些压电薄膜能够激发纵向模式和剪切模式谐振，例如六方晶体结构压电材料，包括(但不限于)氮化铝[AlN]和氧化锌[ZnO]。为了使用布置在电极之间的压电材料激发包括剪切模式的波，压电薄膜中的偏振轴线通常必须不垂直膜平面(例如，相对于膜平面倾斜)。在涉及液体介质的生物传感应用中，使用谐振器的剪切分量。在此类应用中，压电材料可以用相对于下层衬底的面不垂直的c轴线取向分布来生长，以使BAW谐振器结构能够在施加跨越其电极的交流信号时展现出主要的剪切响应。相反，以相对于下层衬底的面垂直的c轴线取向生长的压电材料将使BAW谐振器结构能够在施加跨越其电极的交流信号时展现出主要的纵向响应。

发明内容

本文所述的实施方案涉及固体安装谐振器传感器，其包括衬底。抗反射器堆叠靠近所述衬底设置。所述抗反射器堆叠包括一个或多个声干扰层。第一电极靠近所述抗反射器堆叠设置。第二电极具有面向所述第一电极的第一表面和背离所述第一电极的相对的第二表面。基本上四分之一波长压电材料层设置在所述第一电极与所述第二电极之间。