用于液体检测的压电谐振微流道及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于液体检测的压电谐振微流道及制备方法，其特征在于，包括用于固定电极的有源压电层，有源压电层固定于硅衬底上，电极用于驱动谐振。在有源压电层上方有结构压电层，在两压电层间有利用牺牲层工艺形成空腔，有源压电层、空腔和结构压电层组合形成了谐振微流道结构。谐振微流道结构可以释放，形成悬浮结构，也可以不释放。工作时，液体被注入微流道结构中，谐振微流道结构的谐振频率由于充满液体而发生变化，不同液体的粘性阻尼不同，对谐振频率的影响程度也不同，与在空气环境中的本征谐振频率相比较，完成检测过程。

【技术实现步骤摘要】
用于液体检测的压电谐振微流道及制备方法
本专利技术涉及一种基于压电材料的微机电系统(MEMS)谐振微流道及其制造工艺，具体涉及了一种可在高阻尼液体环境下工作的压电谐振纳米通道及其制造工艺，可以应用于生物和化学检测等方向，属于压电传感器

技术介绍
在化学、生物等领域的分析检测中，减小所需最小检测试剂的量和对极低浓度目标分析物的检测是所有检测手段的努力方向。在过去的几十年中，基于微机电系统(MEMS)的压电谐振器取得了重大的进展，使得基于该技术的小型化器件可以适用于越来越多的大量需要可集成的传感器的领域。而在最近的十多年中，由于谐振器品质因数的提高和质量的降低，基于谐振器结构的传感器能够直接测量纳米微粒、单分子质量，实现了高分辨率的检测。随着纳米机械结构的设计优化，人们相信这样的小型化器件最终能实现单质子级别(参见文献[1]：LeeJ,ShenW,PayerK,etal.Towardattogrammassmeasurementsinsolutionwithsuspendednanochannelresonators[J].Nanolet本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，包括：/n固定于硅衬底(12)上的有源压电层(7)，有源压电层(7)用于固定电极，电极用于激发谐振模态，同一极性的电极根部互相连通；/n位于在有源压电层(7)上方的结构压电层(14)，所述有源压电层(7)与所述结构压电层(14)之间为利用牺牲层工艺形成的空腔(18)或直接连接，，有源压电层(7)、空腔(18)和结构压电层(14)组合形成了谐振微流道结构；/n通孔一(5)和通孔二(9)，分别用于将上电极和下电极引出；/n刻蚀孔一(17a)和刻蚀孔二(17b)位于结构压电层(14)上，刻蚀孔一(17a)和刻蚀孔二(17b)用于定义出器件区边界，为形...

【技术特征摘要】
1.一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，包括：
固定于硅衬底(12)上的有源压电层(7)，有源压电层(7)用于固定电极，电极用于激发谐振模态，同一极性的电极根部互相连通；
位于在有源压电层(7)上方的结构压电层(14)，所述有源压电层(7)与所述结构压电层(14)之间为利用牺牲层工艺形成的空腔(18)或直接连接，，有源压电层(7)、空腔(18)和结构压电层(14)组合形成了谐振微流道结构；
通孔一(5)和通孔二(9)，分别用于将上电极和下电极引出；
刻蚀孔一(17a)和刻蚀孔二(17b)位于结构压电层(14)上，刻蚀孔一(17a)和刻蚀孔二(17b)用于定义出器件区边界，为形成空腔(13)提供刻蚀槽；
填充层一(8a)和填充层二(8b)，用于将刻蚀牺牲层所用的槽填充满，使有源压电层(7)与结构压电层(14)间的空腔(18)封闭；
通孔(19a、19b)，被测试剂通过通孔(19a、19b)注入谐振微流道结构。


2.如权利要求1所述的一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，所述结构压电层(14)作为谐振主体被固定于所述硅衬底(12)上，所述有源压电层(7)的横向截面上拥有多个谐振周期，所述电极用于凭借压电效应谐振器发生谐振。


3.如权利要求1所述的一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，所述电极根据驱动的谐振模态不同有4种布置方式：使用表面波谐振模态，所述有源压电层(7)上方电极为叉指电极，所述有源压电层(7)下方没有电极；使用轮廓谐振模态或垂直电场兰姆波谐振模态，所述有源压电层(7)上方电极为叉指电极，下方电极也为叉指电极；使用横向电场兰姆波谐振模态，所述有源压电层(7)上方电极为叉指电极，下方电极为平板电极；使用垂直体声波谐振模态，所述有源压电层(7)上方电极为平板电极，下方电极也为平板电极。


4.如权利要求3所述的一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，使用所述表面波谐振模态时，所述有源压电层(7)与所述硅衬底(12)之间通过所述空腔(13)连接或直接连接；使用所述轮廓谐振模态、所述垂直电场兰姆波谐振模态、所述横向电场兰姆波谐振模态或所述垂直体声波谐振模态时，所述有源压电层(7)与所述硅衬底(12)之间通过所述空腔(13)连接，器件区悬空，使声波在压电材料与空气交界面反射。


5.如权利要求1所述的一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，所述有源压电层(7)和所述结构压电层(14)的材质为氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅；所述电极的材质均为金属材料。


6.如权利要求1所述的一种用于液体检测的压电谐振微流道，其特征在于，所述电极的材质为铝、金、铂、钼、铜或钨。


7.使用轮廓谐振模态或垂直电场兰姆波谐振模态的如权利要求1至6中任一项所述的谐振微流道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在硅衬底上沉积电极的下电极并图形化下电极；
步骤2)：在下电极上方沉积第一层压电材料作为有源压电层；
步骤3)：在有源压电层上方沉积金属，并图形化为上电极；
步骤4)：在上电极上方沉积并图形化牺牲层；
步骤5)：在牺牲层上方沉积第二层压电材料作为结构压电层；
步骤6)：刻蚀结构压电层，形成连出上电极的通孔；
步骤7)：刻蚀结构压电层，形成刻蚀牺牲层的槽；
步骤8)：使用各向同性刻蚀对牺牲层进行刻蚀，形成有源压电层与...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵率，罗智方，吴涛，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31