[发明专利]集成CMOS-MEMS的高灵敏谐振式传感器

权利要求书

1.一种集成CMOS-MEMS的高灵敏谐振式传感器，其中，包括：

微流道谐振腔；

MEMS悬臂梁结构，所述MEMS悬臂梁结构包括自由端和支撑端，所述MEMS悬臂梁结构包括自由端伸入所述微流道谐振腔，所述MEMS悬臂梁结构自由端包括生化反应区，用于与待测物的特异性反应；

惠斯通电桥检测电路，与所述悬臂梁结构的支撑端连接；

CMOS信号处理电路，与惠斯通电桥检测电路相连；所述CMOS信号处理电路引出电极用于通信；

惠斯通电桥检测电路输出信号在CMOS信号处理电路内闭环传递并激励MEMS悬臂梁结构谐振；通过获取所述MEMS悬臂梁结构在吸附待测物前后的频率变化来计算待测物的质量；

所述CMOS信号处理电路包括：电源管理、第一多路复用器、第二多路复用器、一级放大器、二级放大器、移相器、比较器、锁相环和正弦发生器；

所述电源管理分别为所述惠斯通电桥式测量电路提供输入信号、所述CMOS信号处理电路提供稳定电源、所述锁相环提供稳定基准信号；

所述第一多路复用器完成对MEMS悬臂梁结构的独立控制，减少悬臂梁或阵列工作时产生的热噪声；

所述第二多路复用器完成对电桥的输出信号的独立控制，防止多路信号同时输出产生混乱，提高传感器精度和稳定性；

所述一级放大器和二级放大器，两级级联放大对传感器获得的微小信号进行有效放大，降低了传感器的检测下限。

2.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，所述悬臂梁支撑端还包括：谐振隔离槽，其形状为细长的三角形、矩形、梯形、弧形中任一种。

3.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，所述微流道谐振腔为无转角平滑结构。

4.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，所述MEMS悬臂梁结构包括：n根MEMS悬臂梁，其中n≥1，所述MEMS悬臂梁形状包括三角形、矩形、T型、双端固支中的任一种。

5.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，所述惠斯通电桥检测电路包括四个压阻条、电学连接线和电学阱；所述惠斯通电桥式检测电路中的压阻条位于电学阱上，通过调节所述电学阱的电位来调节所述压阻条及其下部区域的寄生电容，减小电学噪声，提高传感器精度，降低检测下限。

6.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，还包括：

电学隔离岛，设置于所述惠斯通电桥检测电路和所述CMOS信号处理电路之间并接地，用于减小电路干扰，提高传感器灵敏度；

所述电学隔离岛包括：场氧层、栅氧层、多晶注入层、单层/多层金属；

所述电学隔离岛形状包括独立状、带状、环状、区域包围状中的任一种。

7.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，还包括：

反应隔离槽，设置于所述微流道谐振腔与CMOS信号处理电路之间，用于防止微流道内生化液体样本泄漏对CMOS信号处理电路产生化学腐蚀或引入电学噪声。

8.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，还包括：

应力释放环，设置于所述高灵敏谐振式传感器单片外；

所述应力释放环包括：场氧层、栅氧层、多晶层、介质层、金属层和钝化层中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的高灵敏谐振式传感器，其中，所述电极分别与所述电源管理模块、惠斯通电桥测量电路的输出信号以及第一多路复用器控制端和第二多路复用器的控制端连接，同时接地。