[发明专利]一种基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器

说明书

本发明提供了一种基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器，传感器结构从下至上依次为：衬底‑压电薄膜‑叉指电极‑传感区或者压电衬底‑叉指电极‑传感区，所述传感器传感区域在叉指电极上方，相比于传统敏感区域在双端叉指电极的声波传播中间区域，传感区域置于叉指电极上方可以利用叉指电极上更为明显的质量负载效应，使得有质量负载时，声表面波器件谐振频率偏移更大，传感器灵敏度更高。所述叉指电极的波长为120nm～40μm，金属化率为0.1～0.9。本发明的有益效果如下：超高灵敏、易于检测以及工艺简单。

【技术领域】

本发明涉及声学技术中声表面波传感器，尤其涉及一种可用于传感的基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器。

【背景技术】

声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)传感器属于压电型检测器，相比于其他类型如压阻式、电容式检测器而言具有灵敏度高，体积小，设计相对简单，制备成本低等诸多优点。声表面波传感器又分为：SAW延迟线型和SAW谐振器型。SAW延迟线型在结构上具备较大面积的传感区域，该区域位于SAW传播通道上，但损耗较大，稳定性较差；SAW谐振器型结构紧凑，Q值较高，损耗较低，稳定性较好。传统谐振器型声表面波传感器，其传感区域设置在双端叉指换能器的中间声波传播区域(双端对谐振器)或单端叉指换能器两旁(单端对谐振器)，当有质量负载时，SAW传感器谐振频率降低，但是一般偏移量很小，传感器灵敏度较低。本发明提出一种基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器，其传感区为叉指电极正上方，其传感形式可以是被测物质直接沉积在叉指电极上，或者在叉指电极上修饰一层敏感层，对被测物敏感。由于SAW叉指电极的质量负载效应相比于声波传播区域要明显，所以其质量灵敏度更高，可以满足生物、化学、医学领域的高精度传感需求。

【发明内容】

本发明的目的是为了公开一种基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器，利用电极质量负载效应，使SAW具备更高传感灵敏度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器，包括衬底1，所述衬底1上方中部设置有叉指电极2，叉指电极两侧分别安装有反射栅4，其特征在于，所述叉指电极2正上方设置有传感区3；叉指电极2为均匀叉指电极，波长为120nm～40μm，金属化率为0.1～0.9：传感区3为对被测物敏感的敏感层或用于沉积被测物质的区域；所述衬底1为压电衬底或顶部紧邻固定有压电薄膜6。

进一步的改进，所述衬底1顶部紧邻固定有压电薄膜6，所述叉指电极2和反射栅均处于压电薄膜6上方。

进一步的改进，所述压电衬底为石英、压电陶瓷、铌酸锂、钽酸锂、四硼酸锂、锗酸铋、硅酸铋、正磷酸铝、铌酸钾、硅酸镓镧类晶体中的任意一种。

进一步的改进，所述均匀叉指电极为单端谐振式均匀叉指电极和或双端对谐振式均匀叉指电极，反射栅为开路反射栅或者短路反射栅。

进一步的改进，所述衬底为硅、玻璃、蓝宝石、金刚石中的任意一种硬质衬底，或者聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、柔性玻璃中的任意一种柔性衬底。

进一步的改进，所述压电薄膜6为氧化锌、氮化铝、氮化镓、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、五氧化二钽、锆钛酸铅中的任意一种材料制成，厚度为100nm～6000nm。

进一步的改进，所述叉指电极2材料为铝、金、银、铜、铬、钼、镍、钛、钨、掺铝氧化锌或氧化铟、银纳米线、二硫化钼、石墨烯中的任意一种或多种材料混合制成，厚度为1nm～1000nm。

发明提供的基于电极质量负载效应的超高灵敏度谐振式声表面波传感器，传感区域置于叉指电极上方，相比于传统SAW敏感区域在双端叉指电极的声波传播中间区域，质量负载效应更为明显效应，传感器灵敏度更高。

【附图说明】