[发明专利]一种面向无线传感的微型圆盘谐振器及其加工方法

说明书

本发明公开了一种面向无线传感的微型圆盘谐振器及其加工方法，本发明的微型圆盘谐振器包括SOI基底，以及集成在SOI基底上的平面螺旋电感和圆盘谐振体；所述圆盘谐振体与平面螺旋电感耦合连接，使得所述圆盘谐振体的频率信息通过互感效应输出到外部检测电路，实现无线传输。本发明通过在同一硅片上集成平面螺旋电感与圆盘型压电谐振器，使得圆盘谐振器的频率信息通过互感效应输出到外部检测电路，通过外部电路无线读取圆盘谐振器的频率信息的变化来实现监测被测物质量的目的，进而实现该器件无线传感的目的。

技术领域

本发明属于射频微机电技术领域，具体涉及一种面向无线传感的微型圆盘谐振器及其加工方法。

背景技术

基于压电效应的微型谐振传感器，包括薄膜体声波谐振器(Thin-Film BulkAcoustic Wave Resonator,FBAR)和兰姆波谐振器(Lamb Wave Resonator,LWR)，已被广泛研究并应用于化学传感器(例如天然气测量)，生物传感器(例如病毒检测)，压力传感器(例如天然气压力传感)，以及食品安全监测传感器(例如用于监控葡萄酒生产过程中的发酵过程)。另外，由于微型压电谐振器对附着质量的高度敏感性，它们可用于需要极高分辨率的医学检测传感器，例如检测蛋白质结合和DNA测序。微型压电谐振器有许多独特的优点，如较小的尺寸(微米至毫米级别)、制造工艺与COMS(Complementary Metal OxideSemiconductor)电路加工工艺兼容、功耗低、对附着在谐振器上的被测物的质量非常敏感。另外，微型压电谐振传感器的输出信号为拥有特定频率的信号。该频率的大小受到附着在谐振器上的被测物质量的影响。与输出拥有特定幅度的信号相比，输出拥有特定频率的方式使得谐振传感器的抗干扰能力更强，分辨率更高。同时，输出的频率信号易于数字电路处理，大幅降低了外围电路设计的难度。与FBAR和LWR等采用矩形形状的压电谐振器相比，圆盘型压电谐振器在HF频段(3-30MHz)工作时有着显著的优势。在相同性能水平的前提下，圆盘型谐振器的尺寸要远小于矩形谐振器的尺寸。这一特点使得圆盘型谐振器更适合用作微型传感器。

目前，大多数微型谐振传感器都是通过导线进行电气连接。在一些特殊应用场合，如需要植入人体的生物医学传感和分布式网络传感等应用领域，使用通过导线连接的传感器往往带来许多问题，使得传感器的设计和加工方案变得十分复杂。因此，设计针对微型压电谐振器的无线传感方案拥有重要意义。另外，在赋予压电谐振传感器无线传感功能的同时，保证器件的微型尺寸也是一个设计难点。

发明内容

为了解决现有微型谐振传感器技术中存在的问题，本发明提供了一种面向无线传感的微型圆盘谐振器。本发明通过在同一硅片上集成平面螺旋电感与圆盘型压电谐振器，使得圆盘谐振器的频率信息通过互感效应传输到外部检测电路，实现无线传感的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种面向无线传感的微型圆盘谐振器，包括SOI基底，以及集成在SOI基底上的平面螺旋电感和圆盘谐振体；

所述圆盘谐振体与平面螺旋电感耦合连接，使得所述圆盘谐振体的频率信息通过互感效应输出到外部检测电路，实现无线传输。

优选的，本发明的圆盘谐振体悬空放置于所述SOI基底顶端中心，所述平面螺旋电感设置于所述SOI基底顶端边缘。

优选的，本发明的圆盘谐振体包括输入/输出金属电极、接地金属电极以及位于所述输入/输出金属电极和接地金属电极下面的压电薄膜；

所述输入/输出金属电极由两片扇形金属电极通过金属引线电气连接，并通过金属引线与输入/输出金属电极盘电气连接而成；

所述接地金属电极由两片扇形金属电极通过弧形金属引线电气连接，并通过金属引线与接地电极盘电气连接而成；

所述圆盘谐振体通过输入/输出金属电极盘与所述平面螺旋电感的输入金属电感电极盘电气连接；