[发明专利]一种用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器

权利要求书

1.一种用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：包括由下至上的衬底层、地金属层、氧化层、顶层金属层和钝化层；还包括顶层金属层构建的横向或纵向共面叉指电容结构与方形边框电感结构形成LC并联谐振介质传感器，LC并联谐振介质传感器向外延伸两条传输线作为输入、输出信号端口，且LC并联谐振介质传感器正下方的地金属层挖空，正上方覆盖钝化层，钝化层上表面以上为全覆盖的待测物；生物溶液或材料置于LC并联谐振介质传感器中电容结构探测区域，利用生物溶液或材料介电常数的变化使共面叉指电容电场变化，其电容值随之变化，导致传感器的谐振频率发生偏移来检测生物溶液或材料的浓度；传感器的工作频率设置在毫米波段；氧化层相对介电常数为3.935。

2.根据权利要求1所述用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：横向共面叉指电容结构LC并联谐振介质传感器，采用顶层金属层构建共面叉指电容结构，并横向放置；叉指方向与外延传输线输入、输出信号端口方向平行，采用顶层金属层构建传输线，作为信号的输入、输出端口，且与电容的叉指方向平行；顶层金属层构建方形边框电感结构与横向共面叉指电容结并联。

3.根据权利要求1所述用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：纵向共面叉指电容结构LC并联谐振介质传感器，采用顶层金属层构建共面叉指电容结构，并纵向放置；叉指方向与外延传输线输入、输出信号端口方向垂直，顶层金属层构建传输线，作为信号的输入、输出端口，且与电容的叉指方向垂直；采用顶层金属层构建方形边框电感结构与纵向共面叉指电容结并联。

4.根据权利要求1所述用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：衬底层厚度为726.1502µm，相对介电常数为11.9，电导率为0.1S/m；衬底层的上表面到地金属层下表面的厚度是0.595µm，地金属层厚度为0.26µm；氧化层高度起于距离地金属层下表面0.595µm处，止于顶层金属层上表面，厚度为7.009µm；顶层金属层下表面到地金属层上表面的距离为3.153µm，顶层金属层厚度为3.001µm；顶层金属层上表面以上为钝化层，厚度为2.87µm，相对介电常数为5.06。

5.根据权利要求2或4所述用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：横向共面叉指电容的厚度t为3.001µm，横向叉指数为10，叉指电极宽度w1和间距s均为10µm，长度l为237 µm；左右对称叉指电极臂宽度c为15 µm；方形边框电感下方边框长度a为278µm，宽度w2为10µm；左、右方边框部分长度b为78µm，宽度w2为10µm；传输线输入、输出信号端口设置位于e/2=(10*w1+9*s+b+w2)/2=139µm处，长度u为42µm，宽度w3为5µm，其中，e为待测物的长度；地金属层挖空区域边缘到LC并联谐振介质传感器区域的间距y为42µm。

6.根据权利要求3或4所述用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器，其特征在于：纵向共面叉指电容的厚度t为3.001µm，纵向叉指数为8，叉指电极宽度w4和间距s1均为10µm，长度f为181 µm；上下方叉指电极臂长度l0为256 µm，宽度s2为10µm，距边框k1为10µm，叉指电极与对应的叉指臂的间距k为5µm；方形边框电感下方边框长度a1为286µm，宽度w5为10µm；左、右方边框部分长度b1为65µm，宽度w5为10µm；传输线输入、输出信号端口设置位于e1/2=(s2+k+f+k+s2+b1+w5)/2=143µm处，长度u1为42µm，宽度w6为5µm；其中，e1为待测物的长度；地金属层挖空区域边缘到LC并联谐振介质传感器区域的间距y1为42µm。