WO2023189334A1 - Elastic wave sensor and method for manufacturing same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an acoustic wave sensor and a method for manufacturing the same, and for example, to an acoustic wave sensor having a sensitive film and a method for manufacturing the same.
- Acoustic wave sensors using surface acoustic waves are known as sensors for detecting specific substances in gas or liquid.
- An elastic wave sensor is known that uses Love waves as surface acoustic waves by depositing a PMMA (Poly Methyl Methacrylate) layer on a crystal substrate (for example, Non-Patent Document 1).
- PMMA Poly Methyl Methacrylate
- an elastic wave sensor using Love waves it is known to provide a SiO 2 layer between a crystal substrate and a PMMA layer (for example, Non-Patent Document 2).
- Non-Patent Document 1 by providing a PMMA layer with low acoustic impedance under the sensitive film, the sensitivity of the acoustic wave sensor can be improved. However, since a material with low acoustic impedance has a small Young's modulus, the elastic loss in the PMMA layer increases, and the characteristics of the acoustic wave sensor deteriorate. By providing a SiO 2 layer between the crystal substrate and the PMMA layer as in Non-Patent Document 2, elastic loss can be suppressed. However, further suppression of elastic loss is required.
- the present invention was made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress elastic loss of an elastic wave sensor.
- the present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate and having a plurality of electrode fingers, and having a gap between adjacent electrode fingers on the piezoelectric substrate, and the plurality of electrode fingers.
- the present invention is an acoustic wave sensor including a first insulator layer provided above and a sensitive film provided on the first insulator layer.
- the resonator includes the piezoelectric substrate, the pair of comb-shaped electrodes, and the sensitive film, and has a resonant frequency that changes with changes in the environment;
- the configuration may include a detector that detects a change.
- the first insulator layer and the sensitive film may not be provided between the adjacent electrode fingers.
- the present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, and a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate. provided between the first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes, arranged in the arrangement direction of the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes, and arranged on the piezoelectric substrate.
- a plurality of electrode fingers having spaces between adjacent electrode fingers, a first insulator layer provided on the plurality of electrode fingers, and a sensitive film provided on the first insulator layer. , an acoustic wave sensor in which the first insulator layer and the sensitive film are not provided between the adjacent electrode fingers.
- the above configuration includes a detector that detects a change in the environment based on a change in phase difference between a high frequency signal applied to the pair of first comb-shaped electrodes and a high frequency signal outputted from the pair of second comb-shaped electrodes. It can be configured as follows.
- the acoustic impedance of the first insulating layer may be smaller than the acoustic impedance of the plurality of electrode fingers.
- a second insulating layer may be provided between the plurality of electrode fingers and the first insulating layer and having a Young's modulus larger than the Young's modulus of the first insulating layer.
- the first insulating layer may be separated above the gap.
- the width of the first insulating layer may be larger than the width of each of the adjacent electrode fingers in the direction in which the plurality of electrode fingers are arranged.
- the plurality of electrode fingers may be embedded in the piezoelectric substrate.
- the first insulator layer may be continuously provided on the plurality of electrode fingers so as to form a gap between the plurality of electrode fingers.
- the first insulating layer may be provided with a hole connecting the void and the outside on the first insulating layer.
- a second insulating layer is provided continuously between the plurality of electrode fingers and the voids and the first insulating layer, and the hole is provided in communication with the first insulating layer.
- the diameter of the hole in the body layer may be larger than the diameter of the hole in the second insulator layer.
- a second insulating layer is provided continuously between the plurality of electrode fingers and the void and the first insulating layer, and the surface on the void side is arch-shaped. I can do it.
- the present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, and a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate.
- a metal layer provided between the first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes; and a metal layer provided on the metal layer, the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes; an acoustic wave sensor comprising: a plurality of insulator fingers arranged in the arrangement direction of the metal layer, with gaps between adjacent insulator fingers on the metal layer; and a sensitive film provided on the plurality of insulator fingers. It is.
- the above configuration includes a detector that detects a change in the environment based on a change in phase difference between a high frequency signal applied to the pair of first comb-shaped electrodes and a high frequency signal outputted from the pair of second comb-shaped electrodes. It can be configured as follows.
- the present invention includes a step of forming a plurality of electrode fingers and a sacrificial layer between the plurality of electrode fingers on a piezoelectric substrate, and a step of forming a first insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer. a step of forming a sensitive film on the first insulating layer; a step of forming a hole that penetrates the first insulating layer and contacts the sacrificial layer; and an etching step of removing the sacrificial layer through the hole.
- the method of manufacturing an acoustic wave sensor includes the step of forming gaps between a plurality of electrode fingers between the piezoelectric substrate and the first insulator layer by introducing a liquid.
- the step of forming a second insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer includes the step of forming the first insulator layer on the second insulator layer.
- the step of forming the hole includes the step of forming an insulator layer, and the step of forming the hole includes the step of forming the hole so that the diameter of the hole penetrating the first insulator layer is larger than the diameter of the hole penetrating the second insulator layer.
- the method may include a step of forming the hole penetrating the first insulator layer and the second insulator layer.
- the step of forming the hole may include the step of forming the hole outside a region of the piezoelectric substrate in which an elastic wave propagates in a direction in which the plurality of electrode fingers extend.
- elastic loss of an elastic wave sensor can be suppressed.
- FIG. 1(a) is a plan view of the elastic wave sensor according to Example 1, and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 1(a).
- FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views of elastic wave sensors according to Modifications 1 to 4 of the first embodiment.
- 3(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to a fifth modification of the first embodiment, and FIG. 3(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 3(a).
- FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views of sensors A to D, respectively, in the simulation.
- FIG. 5(a) is a diagram showing
- FIG. 5(b) is a diagram showing
- FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the magnitude of displacement in the Y direction with respect to the X coordinate in sensors B and D, respectively.
- 7(a) to 7(f) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to the first embodiment.
- FIGS. 8(a) to 8(f) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to the first embodiment.
- 9(a) to 9(f) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to Example 1.
- FIG. 10(a) to 10(d) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to a sixth modification of the first embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of an elastic wave sensor according to Modification Example 7 of Example 1.
- FIG. 12(a) is a plan view of the elastic wave sensor according to Example 2
- FIG. 12(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 12(a).
- 13(a) and 13(b) are cross-sectional views of elastic wave sensors according to modified examples 1 and 2 of the second embodiment.
- FIG. 14(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to Example 3
- FIG. 14(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 14(a).
- 15(a) and 15(b) are block diagrams of a detection system according to the fourth embodiment and the first modification thereof.
- FIG. 1(a) is a plan view of an elastic wave sensor 100 according to Example 1
- FIG. 1(b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1(a).
- the direction in which the electrode fingers 22a and 22b are arranged is the X direction
- the extending direction of the electrode fingers 22a and 22b is the Y direction
- the normal direction of the piezoelectric substrate 10 is the Z direction.
- the X, Y, and Z directions do not necessarily match the crystal orientation of the piezoelectric substrate 10.
- FIG. 1(a) mainly shows an IDT 20 (interdigital transducer), pads 25a, 25b, insulator layers 14, 16, reflector 21, sensitive film 18, and hole 26, and shows the sensitive film 18 with a thick broken line, Reflector 21, IDT 20, and pads 25a and 25b are shown by cross hatching.
- a metal film 12 is provided on a piezoelectric substrate 10.
- Metal film 12 forms IDT 20, reflector 21, and pads 25a and 25b.
- IDT 20 has comb-shaped electrodes 24a and 24b.
- the comb-shaped electrode 24a (first comb-shaped electrode) has a plurality of electrode fingers 22a (first electrode fingers) and a bus bar 23a.
- the +Y side ends of the plurality of electrode fingers 22a extending in the Y direction are connected to the bus bar 23a, and the bus bar 23a extends in the X direction.
- the comb-shaped electrode 24b (second comb-shaped electrode) has a plurality of electrode fingers 22b (second electrode fingers) and a bus bar 23b.
- the ⁇ Y side ends of the plurality of electrode fingers 22b extending in the Y direction are connected to the bus bar 23b, and the bus bar 23b extends in the X direction.
- a region of the IDT 20 where the electrode fingers 22a and 22b overlap when viewed from the X direction is a crossing region 50. In at least a part of the region 50, the electrode fingers 22a and 22b are provided alternately.
- the elastic waves propagate outside the region 50, they mainly propagate within the region 50.
- a gap region 52 exists between region 50 and bus bars 23a and 23b.
- Reflectors 21 are formed on both sides of the IDT 20 in the X direction.
- Each reflector 21 includes a plurality of electrode fingers 22c and a pair of bus bars 23c.
- the plurality of electrode fingers 22c are connected to one bus bar 23c at the +Y end, and connected to the other bus bar 23c at the -Y end.
- the elastic waves excited by the IDT 20 mainly propagate in the X direction, and the reflector 21 reflects the elastic waves.
- the pitch of the electrode fingers 22a and the pitch of the electrode fingers 22b be ⁇ .
- ⁇ corresponds to the wavelength of the surface acoustic wave excited by the IDT 20.
- ⁇ is twice the pitch P of the plurality of electrode fingers 22a and 22b.
- a gap 15 is provided on the piezoelectric substrate 10 between the electrode fingers 22a and 22b and between the electrode fingers 22c.
- the space 15 is filled with gas such as air.
- An insulator layer 14 is provided on the piezoelectric substrate 10 so as to cover the metal film 12 and the void 15 .
- An insulator layer 16 is provided on the insulator layer 14. Insulator layers 14 and 16 are provided to cover IDT 20 and reflector 21. In the cross-sectional view in the XZ plane, in the IDT 20, the gap 15 is surrounded by the piezoelectric substrate 10, the insulator layer 14, and the electrode fingers 22a and 22b, and in the reflector 21, the gap 15 is surrounded by the piezoelectric substrate 10, the insulator layer 14, and and surrounded by electrode fingers 22c.
- a sensitive film 18 is provided on the insulator layer 14. The sensitive film 18 is provided on the region 50 of the IDT 20 and is not provided anywhere other than the region 50.
- a hole 26 penetrating through the insulator layers 14 and 16 is provided in a gap region 52 outside the region 50 in the Y direction. Hole 26 connects void 15 and the outside on insulator layer 16 .
- the hole 26 is provided between the tip of the electrode finger 22b and the bus bar 23a, and between the tip of the electrode finger 22a and the bus bar 23b.
- a hole 26 penetrating through the insulator layers 14 and 16 is provided between the electrode fingers 22c in the gap region 52. As will be described later, the hole 26 is a hole for etching the sacrificial layer formed to form the void 15.
- a pad 25a is connected to the +Y side of the bus bar 23a, and a pad 25b is provided to the -Y side of the bus bar 23b.
- Pads 25a and 25b are terminals for electrically connecting comb-shaped electrodes 24a and 24b to the outside, respectively.
- the piezoelectric substrate 10 is, for example, a lithium tantalate (LiTaO 3 ) substrate, a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate, or a quartz (single-crystal SiO 2 ) substrate, and is, for example, a single-crystal rotating Y-cut, It is a crystal rotation Y cut X propagation lithium niobate substrate.
- the piezoelectric substrate 10 may be bonded to a supporting substrate such as a sapphire substrate, a silicon substrate, a spinel substrate, a quartz substrate, or a quartz substrate directly or via an insulating layer.
- the metal film 12 has at least one metal as a main component, for example, aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), and molybdenum (Mo).
- An adhesion layer or barrier layer such as a titanium (Ti) layer or a chromium (Cr) layer may be provided between the metal film 12 and the piezoelectric substrate 10.
- the insulator layer 14 is made of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film, a zinc oxide (ZnO) film, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film, a silicon nitride (SiN) film, or a nitride film. This is an insulating film such as a silicon oxide (SiON) film.
- the insulator layer 16 is, for example, a polymer resin such as PMMA, PDMS (dimethylpolysiloxane), or polyimide.
- the acoustic impedance of the insulator layer 16 is smaller than the acoustic impedance of the metal film 12 and the acoustic impedance of the insulator layer 14.
- the sensitive film 18 is, for example, an organic polymer film, an organic low molecular film, or an inorganic film.
- polymers such as organic polymer materials include polystyrene, polymethyl methacrylate, 6-nylon, cellulose acetate, poly-9,9-dioctylefluorene, polyvinyl alcohol, polyvinylcarbazole, polyethylene oxide, polyvinyl chloride, and polyvinyl chloride.
- organic low-molecular materials include tris(8-quinolinolato)aluminum (Alq3), naphthyldiamine ( ⁇ -NPD), BCP (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), and CBP. (4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl), copper phthalocyanine, fullerene, pentacene, anthracene, thiophene, Ir(ppy(2-phenylpyridinato)) 3 , triazinethiol derivative, dioctylfluorene derivative, tetratetracontane, Parylene or the like can be used.
- inorganic materials include alumina, titania, vanadium pentoxide, tungsten oxide, lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum, gold, silver, tin, indium tin oxide (ITO), carbon nanotubes, sodium chloride, chloride Magnesium or the like can be used.
- the sensitive membrane 18 may contain antibodies.
- the sensitive film 18 may include a connection layer provided on the insulator layer 16 and an antibody provided on the connection layer.
- the connection layer include a titanium layer with a thickness of 10 nm provided on the insulator layer 16 and a gold layer with a thickness of 20 nm provided on the titanium layer.
- a self-assembled monolayer may be provided between the antibody and the connection layer. The thickness of the self-assembled monolayer is, for example, 1 nm to 2 nm, and the thickness of the antibody is, for example, 10 nm to 20 nm.
- the mass of the sensitive membrane 18 increases. Further, when the humidity changes, moisture binds to the sensitive film 18, and the mass of the sensitive film 18 changes. In this way, the mass of the sensitive film 18 changes due to changes in the environment. Corresponding to this change in mass, the sound speed of the elastic wave propagating through the region 50 changes. This changes the resonant frequency of the surface acoustic wave resonator. For example, when the sensitive film 18 becomes heavier, the sound speed of the elastic wave propagating through the region 50 becomes slower, and the resonant frequency becomes lower. Based on this change in resonance frequency, a specific object such as a specific substance or antigen can be detected.
- Example 1 a gap 15 is provided between the electrode fingers 22a and 22b on the piezoelectric substrate 10, and insulator layers 14 and 16 are provided on the electrode fingers 22a and 22b and the gap 15.
- a polymer resin having lower acoustic impedance than the electrode fingers 22a and 22b for the insulator layer 16 the sensitivity of the acoustic wave sensor is improved.
- the Young's modulus of the insulating layer 14 larger than the Young's modulus of the insulating layer 16, elastic loss can be suppressed.
- the elastic waves propagate within the insulator layers 14 and 16 near the surface of the piezoelectric substrate 10, and the gap 15 between the electrode fingers 22a and 22b is propagated. Not propagated. Thereby, the number of elastic waves propagating through the insulator layers 14 and 16 having a low Young's modulus is reduced, and elastic loss can be suppressed.
- the insulator layers 14 and 16 do not need to be provided on the reflector 21.
- an insulating layer 14 is also provided on the reflector 21. and 16 are preferably provided. Further, it is preferable that a gap 15 is provided between the electrode fingers 22c of the reflector 21.
- FIG. 2A is a cross-sectional view of the elastic wave sensor 101 according to Modification 1 of Example 1.
- the insulator layer 14 is not provided, and the insulator layer 16 is directly provided on the electrode fingers 22a and 22b and the void 15.
- the other configurations are the same as in Example 1, and their explanation will be omitted.
- FIG. 2(b) is a cross-sectional view of the elastic wave sensor 102 according to the second modification of the first embodiment.
- the insulator layers 14 and 16 are provided only on the electrode fingers 22a to 22c, and the insulator layers 14 and 16 are not provided on the void 15.
- the sensitive film 18 is provided only on the electrode fingers 22a and 22b, and the sensitive film 18 is not provided on the gap 15.
- the other configurations are the same as in Example 1, and their explanation will be omitted.
- FIG. 2C is a cross-sectional view of the elastic wave sensor 103 according to the third modification of the first embodiment. As shown in FIG. 2C, the insulator layer 14 is not provided, and the insulator layer 16 is provided directly on the electrode fingers 22a and 22b. The other configurations are the same as the second modification of the first embodiment, and the explanation will be omitted.
- FIG. 2D is a cross-sectional view of the elastic wave sensor 104 according to the fourth modification of the first embodiment.
- the IDT 20 including electrode fingers 22a to 22c is embedded in the piezoelectric substrate 10.
- the other configurations are the same as the second modification of the first embodiment, and the explanation will be omitted.
- the side surfaces of the electrode fingers 22a to 22c are not exposed from the piezoelectric substrate 10, so even when a sample liquid containing a sample is supplied to the sensitive membrane 18, the electricity of the IDT 20 is It is possible to suppress short-circuits, etc.
- FIG. 3(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to a fifth modification of the first embodiment
- FIG. 3(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 3(a).
- a slit 28 is provided in the insulator layers 14 and 16 at.
- slits 28 are provided on the +Y side and ⁇ X side of the electrode finger 22a, and slits 28 are provided on the -Y side and ⁇ X side of the electrode finger 22b.
- a slit 28 is provided in the insulator layers 14 and 16 between the electrode fingers 22c.
- the slit 28 penetrates the insulator layers 14 and 16 and is connected to the void 15.
- the width of the slit 28 is smaller than the width of the hole 26.
- FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views of sensors A to D, respectively, in the simulation.
- one wavelength ⁇ of the elastic wave is extracted in the X direction
- the boundary condition in the X direction is a mirror condition
- the boundary condition in the Y direction is continuous. It was made a condition.
- a thick sensitive film 18 was not provided as the sensitive film 18, but a pseudo sensitive film 18 was provided by adding mass with a certain areal density to the upper surface of the insulating layer 16.
- Sensor A corresponds to Comparative Example 1
- sensor B corresponds to Example 1
- sensor C corresponds to Modification 2 of Example 1
- sensor D corresponds to Modification 5 of Example 1.
- electrode fingers 22a and 22b are provided on the piezoelectric substrate 10, and an insulator layer 14 is provided on the piezoelectric substrate 10 so as to cover the electrode fingers 22a and 22b. ing. No gap 15 is provided between the electrode fingers 22a and 22b, and an insulator layer 14 is provided. An insulator layer 16 is provided on the insulator layer 14.
- a gap 15 is provided between the electrode fingers 22a and 22b, and insulator layers 14 and 16 are provided on the electrode fingers 22a, 22b and the gap 15. .
- the other configurations are the same as sensor A, and the explanation will be omitted.
- insulator layers 14 and 16 are provided only on electrode fingers 22a and 22b, and are not provided on gap 15.
- the width of the insulator layers 14 and 16 in the X direction is the same as the width of the electrode fingers 22a and 22b in the X direction.
- the other configurations are the same as sensor B, and the explanation will be omitted.
- a slit 28 penetrating the insulator layers 14 and 16 above the gap 15 is provided in the insulator layers 14 and 16.
- the width G1 of the slit 28 is smaller than the distance G2 between the electrode fingers 22a and 22b.
- the width W2 of the insulator layers 14 and 16 in the X direction is larger than the width W1 of the electrode fingers 22a and 22b in the X direction.
- the thickness of electrode fingers 22a and 22b is T1
- the thickness of insulator layer 14 is T2
- the thickness of insulator layer 16 is T3.
- the X coordinate of the end face of the piezoelectric substrate 10 in the ⁇ X direction is set to 0, and the +X direction is set to the X coordinate.
- the X coordinate of the midpoint between the electrode fingers 22a and 22b be X1
- the X coordinate of the end surface of the piezoelectric substrate 10 in the +X direction be X2.
- X1 is 1/2 ⁇ and X2 is ⁇ .
- the X coordinates of the centers of electrode fingers 22a and 22b in the X direction be X3 and X4, respectively.
- X3 is ⁇ /4
- X4 is 3 ⁇ /4.
- the piezoelectric substrate 10 was a 42° rotated Y cut X propagation lithium tantalate substrate, the electrode fingers 22a and 22b were aluminum layers, the insulator layer 14 was a silicon oxide layer, and the insulator layer 16 was a PMMA layer.
- ⁇ was set to 2.20 ⁇ m, and the width of the electrode fingers 22a and 22b in the X direction was set to 0.55 ⁇ m.
- Table 1 is a table showing thicknesses T1 to T3, sensitivity
- the thicknesses T1 to T3 of sensors A to D were set to the values shown in Table 1.
- /f Of 2 ⁇ f is the amount of change in the resonant frequency f when a mass having a surface density on the upper surface of the insulating layer 16 is added. Since
- ⁇ Y is the difference between the absolute value of the admittance at the resonant frequency
- the thickness T3 of the insulator layer 16 was adjusted so that the sensitivities
- FIG. 5(a) is a diagram showing
- the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents the absolute value of admittance
- becomes maximum at the resonant frequency fr, and
- the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa are lower in sensor B than in sensor A, and lower in sensor C than in sensor B.
- ⁇ Y which is the difference between
- the insulating layer 14 has a larger Young's modulus than the insulating layer 16.
- some of the elastic waves are transmitted to the electrode fingers 22a and 22b. Since the elastic wave propagates through the insulator layer 14 between the two, the loss of the elastic wave cannot be sufficiently reduced.
- a gap 15 is also provided between the insulator layers 14 and 16 provided on the electrode fingers 22a and 22b.
- the elastic waves do not propagate through the insulator layers 14 and 16, but propagate near the surface of the piezoelectric substrate 10. Therefore, since almost no elastic waves propagate through the insulator layers 14 and 16, which have a small Young's modulus and a large elastic loss, loss of elastic waves can be suppressed. Note that since most of the elastic waves propagate through the piezoelectric substrate 10, the elastic waves of the sensor C are not Love waves but SH (Shear Horizontal) waves, which are sometimes referred to as Love wave-type SH surface acoustic waves.
- SH Shear Horizontal
- FIG. 5(b) is a diagram showing
- the horizontal axis represents frequency
- the vertical axis represents
- the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa are lower in the sensor D than in the sensor B.
- ⁇ Y is almost the same for sensors B and D.
- /f 2 is approximately 1.3 times the sensitivity of sensor B
- FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the magnitude of displacement in the Y direction with respect to the X coordinate in sensors B and D, respectively.
- the horizontal axis is the X coordinate in FIG. 4(b) and FIG. 4(d).
- the vertical axis indicates the magnitude of displacement in the Y direction on the upper surface of the insulator layer 16 when the elastic wave vibrates. Since the elastic waves vibrate in the Y direction, the upper surface of the insulator layer 16 vibrates in the positive and negative Y directions.
- the vertical axis indicates the magnitude of displacement in the Y direction when the displacement in the Y direction is the largest.
- the magnitude of the displacement in the Y direction is is 0. This is because when the electrode finger 22a is displaced in the +Y direction, the electrode finger 22b is displaced in the -Y direction. This is because X1 and X2) become nodes of vibration.
- the displacement in the Y direction is maximum at the X coordinates X3 and X4 of the centers of the electrode fingers 22a and 22b.
- the insulator layer 16 is displaced in the +Y direction at X3
- the insulator layer 16 is displaced in the -Y direction at X4.
- the insulator layer 16 is displaced in the +Y direction at X4.
- the displacement in the Y direction is largest near the X coordinates of 0, X1, and X2.
- the magnitude of displacement in the Y direction is the smallest, but not zero.
- slits 28 are provided in insulator layers 14 and 16 near 0, X1, and X2. Therefore, the X coordinates of 0, X1, and X2 do not become nodes of vibration within the insulator layers 14 and 16.
- the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22a are displaced in the +Y direction
- the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22b are not limited to the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22a. , -Y direction. Therefore, in the sensor D, compared to the sensor B, the displacement of the upper surface of the insulating layer 16 in the Y direction can be made larger. Thereby, sensor D can have greater sensitivity than sensor B.
- the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22a are displaced in the +Y direction, the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22b are limited to the insulator layers 14 and 16 on the electrode finger 22a. It can be displaced in the -Y direction without being affected.
- the width of electrode fingers 22a and 22b in the X direction and the width of insulator layers 14 and 16 are almost the same. In this case, the displacement of the upper surface of the insulator layer 16 in the Y direction does not become very large.
- the width W2 of the insulator layers 14 and 16 is larger than the width W1 of the electrode fingers 22a and 22b in the X direction.
- the insulator layers 14 and 16 act as pendulums, and the displacement of the upper surface of the insulator layer 16 in the Y direction becomes larger than the displacement of the sensor C in the Y direction. Therefore, the sensitivity of sensor D is greater than that of sensor C.
- the gap 15 is provided between the electrode fingers 22a and 22b on the piezoelectric substrate 10, and the insulator layer 16 (first insulator layer) is provided on the electrode fingers 22a and 22b and the gap 15. is provided.
- a sensitive film 18 is provided on the insulator layer 16.
- the elastic waves propagate near the surface of the piezoelectric substrate 10 and within the insulator layers 14 and 16, and the air gap 15 between the electrode fingers 22a and 22b propagates. does not propagate. This reduces the number of elastic waves propagating through the insulator layer 16 having a low Young's modulus. Therefore, as in sensor B in FIG. 5(a), compared to sensor A, elastic loss can be suppressed and ⁇ Y becomes larger.
- a gap 15 be provided in a part between the electrode fingers 22a and 22b on the piezoelectric substrate 10.
- the insulator layers 14, 16 and the sensitive film 18 are not provided between adjacent electrode fingers 22a and 22b. Thereby, there is no elastic wave propagating through the insulator layers 14, 16 and the sensitive film 18 between the electrode fingers 22a and 22b, and loss can be suppressed. More preferably, only the gap 15 is provided between adjacent electrode fingers 22a and 22b, and members such as the insulator layers 14 and 16 and the sensitive film 18 are not provided. Thereby, loss can be further suppressed.
- Table 2 is a table showing the density ⁇ , Young's modulus E, Poisson's ratio ⁇ , and acoustic impedance Za of materials that may be used for the electrode fingers 22a, 22b and the insulator layers 14 and 16.
- the acoustic impedance of aluminum (Al) used for the electrode fingers 22a and 22b was 8.37 ⁇ 10 6 Pa/(m/s)
- the acoustic impedance of PMMA used for the insulator layer 16 was 8.37 ⁇ 10 6 Pa/(m/s).
- the acoustic impedance is 1.13 ⁇ 10 6 Pa/(m/s).
- the acoustic impedance Za of the insulator layer 16 is smaller than the acoustic impedance of the electrode fingers 22a and 22b.
- the acoustic impedance Za of the insulating layer 16 is preferably 1/2 times or less, more preferably 1/5 times or less, the acoustic impedance of the electrode fingers 22a and 22b.
- the acoustic impedance of the insulator layer 16 is preferably 5 ⁇ 10 6 Pa/(m/s) or less, more preferably 2 ⁇ 10 6 Pa/(m/s) or less. If the acoustic impedance of the insulator layer 16 is too small, the strength of the insulator layer 16 will be weakened. From this viewpoint, the acoustic impedance Za of the insulator layer 16 is preferably 1/100 times or more the acoustic impedance of the electrode fingers 22a and 22b.
- the thickness T3 of the insulating layer 16 is preferably equal to or less than the thickness T1 of the electrode fingers 22a and 22b, and more preferably equal to or less than 1.5 times the thickness T1.
- the Young's modulus of the insulator layer 16 is reduced.
- the Young's modulus will be about 3 GPa or less.
- the Young's modulus of the insulating layer 16 is An insulator layer 14 (second insulator layer) having a larger Young's modulus is provided.
- the thickness of the insulating layer 16 was changed to achieve the same sensitivity.
- the insulator layer 16 can be made thinner. Thereby, the proportion of elastic waves propagating within the insulator layer 16 is reduced, and elastic loss can be suppressed.
- the thickness T2 of the insulating layer 14 is preferably twice or less the thickness T3 of the insulating layer 16. In order to suppress elastic loss, the thickness T2 of the insulating layer 14 is preferably 1/2 or more times the thickness T3 of the insulating layer 16.
- the Young's modulus of the insulating layer 14 is preferably 10 times or more, more preferably 20 times or more, and even more preferably 50 times or more the Young's modulus of the insulating layer 16.
- the acoustic wave sensor 100 of Example 1 shown in FIGS. 1(a) and 1(b) and the sensor B shown in FIG. 15 may be provided continuously.
- the sensitive film 18 may be continuously provided on the separated insulating layer 16, it is preferable that the sensitive films 18 on the separated insulating layer 16 are separated from each other. As a result, elastic waves cannot propagate within the sensitive film 18. Therefore, elastic loss can be suppressed.
- the width W2 of the insulator layers 14 and 16 in the X direction is It is larger than the width W1 of each of fingers 22a and 22b. Thereby, the sensitivity can be increased as shown in FIG. 5(b) and Table 1.
- the width W2 of the insulator layers 14 and 16 is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.2 times or more, and even more preferably 1.5 times or more the width W1 of each of the electrode fingers 22a and 22b.
- the width G1 of the slit 28 is preferably 1/2 or less, more preferably 1/3 or less, and even more preferably 1/5 or less of the distance G2 between the electrode fingers 22a and 22b. As the gap G2 becomes smaller, the portions of the insulator layers 14 and 16 that protrude from the electrode fingers 22a and 22b become larger. This increases the weight of the pendulum and improves its sensitivity.
- FIGS. 7(a) to 9(f) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to the first embodiment. 7(a) to 7(c), FIG. 8(a) to FIG. 8(c), and FIG. 9(a) to FIG. 9(c) show the BB in the gap region 52 of FIG. 7(d) to 7(f), FIG. 8(d) to FIG. 8(f), and FIG. 9(d) to FIG. 9(f) are cross-sectional views corresponding to the cross-sections of FIG. ) is a cross-sectional view corresponding to a CC cross section in a region 50.
- a metal film 12 is formed on the piezoelectric substrate 10 using, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method.
- the metal film 12 is, for example, an aluminum film.
- a sacrificial layer 38 is formed on the piezoelectric substrate 10 using, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method so as to cover the electrode fingers 22a and 22b.
- the sacrificial layer 38 is, for example, a magnesium oxide layer. If the upper surface of the sacrificial layer 38 is not flat, the upper surface of the sacrificial layer 38 is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
- a recess 41 is formed on the top surface of the sacrificial layer 38 using a photolithography method and an etching method so that the top surface of the electrode fingers 22a and 22b is exposed. .
- a convex portion 40 is formed on the upper surface of the sacrificial layer 38 in a region where the hole 26 is to be formed.
- the recess 41 of the sacrificial layer 38 is formed as shown in FIG. 7E, and the upper surfaces of the electrode fingers 22a and 22b are exposed from the upper surface of the sacrificial layer 38.
- the insulating layer 14 is deposited on the sacrificial layer 38 by, for example, sputtering, vacuum evaporation, or CVD (Chemical Vapor Deposition) so as to cover the convex portions 40 and concave portions 41. ) method.
- the insulator layer 14 is, for example, a silicon oxide layer.
- the upper surface of the insulating layer 14 is polished using, for example, a CMP method so that the upper surface of the convex portion 40 of the sacrificial layer 38 is exposed from the upper surface of the insulating layer 14.
- the upper part of the protrusion 40 of the sacrificial layer 38 is also polished so that the upper surface of the protrusion 40 of the sacrificial layer 38 is reliably exposed.
- the insulating layer 14 is embedded in the recess 41 on the upper surface of the sacrificial layer 38, and a hole 26a through which the convex part 40 of the sacrificial layer 38 passes is formed in the insulating layer 14.
- the upper surface of the insulator layer 14 and the upper surface of the convex portion 40 of the sacrificial layer 38 form a flat plane. As shown in FIG. 7F, in the region 50, the insulator layer 14 is formed on the electrode fingers 22a, 22b and the sacrificial layer 38.
- the insulating layer 16 is formed on the upper surface of the insulating layer 14 and the upper surface of the convex portion 40 of the sacrificial layer 38.
- the insulator layer 16 is made of resin
- the insulator layer 16 is formed by spin-coating a solution containing resin on the upper surfaces of the insulator layer 14 and the sacrificial layer 38 and then curing it.
- the insulator layer 16 is, for example, a PMMA layer.
- a mask layer 17 is formed on the insulator layer 16 using, for example, a sputtering method or a vacuum evaporation method.
- the mask layer 17 is, for example, a metal layer such as a chromium film, and functions as a mask when etching the insulator layer 16.
- a mask layer 42 is formed on the mask layer 17.
- the mask layer 42 is made of, for example, a photoresist, and is formed using a photolithography method.
- the mask layer 42 has an opening 43 that overlaps the hole 26a.
- the width W4 of the opening 43 is larger than the width W3 of the hole 26a.
- no opening is formed in the mask layer 42 in the region 50.
- the mask layer 17 and the insulator layer 16 are etched using the mask layer 42 as a mask.
- an ion milling method is used for etching the mask layer 17 and the insulator layer 16.
- a hole 26b defined by the opening 43 and penetrating the mask layer 17 and the insulator layer 16 is formed.
- Mask layer 17 and insulator layer 16 are over-etched so that the upper surface of sacrificial layer 38 is exposed in hole 26b.
- the holes 26a and 26b communicate with each other to form the hole 26.
- no hole 26b is formed in the insulator layer 16 and mask layer 17 in the region 50.
- the mask layer 17 may be removed.
- the mask layer 42 is removed.
- the etching solution is introduced through the holes 26b and 26a as indicated by an arrow 44.
- the sacrificial layer 38 is etched and removed by the etching solution.
- FIG. 9E the sacrificial layer 38 between the electrode fingers 22a and 22b is removed, and a gap 15 is formed between the electrode fingers 22a and 22b.
- nitric acid or acetic acid is used as the etching solution. Nitric acid etches magnesium oxide, but not PMMA, silicon oxide, and aluminum.
- nitric acid as the etching solution, the sacrificial layer 38 can be removed without corroding the electrode fingers 22a, 22b and the insulator layers 14 and 16.
- the etching solution may be acetic acid. Acetic acid can also be slightly corrosive to PMMA and aluminum. Therefore, nitric acid is preferable as the etching solution.
- a sensitive film 18 is formed on the mask layer 17 in the region 50.
- the mask layer 17 also functions as an adhesion layer between the gold layer and the insulator layer 16.
- the formation of the sensitive film 18 may be performed before the step of removing the sacrificial layer 38.
- Example 1 In the manufacturing method of Example 1, as shown in FIGS. 7(a) and 7(d), a plurality of electrode fingers 22a and 22b are provided on the piezoelectric substrate 10, and a sacrificial layer 38 is provided between the plurality of electrode fingers 22a and 22b.
- the insulating layer 14 is formed on the plurality of electrode fingers 22a, 22b and the sacrificial layer 38.
- a sensitive film 18 is formed on the insulating layer 16.
- a hole 26a is formed in the insulating layer 14, and a hole 26b is formed in the insulating layer 16 as shown in FIG. 8(c).
- the hole 26 may be provided between the electrode fingers 22a and 22b in the region 50 instead of in the gap region 52.
- the holes 26 are provided in the insulator layers 14 and 16 between the electrode fingers 22a and 22b, the elastic waves propagating in the X direction through the insulator layers 14 and 16 are reduced, so that loss of elastic waves can be suppressed.
- the sensitive film 18 may penetrate into the void 15 through the holes 26 when forming the sensitive film 18. This may increase the loss of elastic waves. Therefore, it is preferable that the hole 26 be provided outside the region 50.
- 10(a) to 10(d) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to a sixth modification of the first embodiment.
- 10(a) to 10(c) are cross-sectional views corresponding to the BB cross-section in FIG. 1(a)
- FIG. 10(d) is a cross-sectional view corresponding to the CC cross-section in FIG. 1(a).
- FIG. 10(a) to 10(d) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to a sixth modification of the first embodiment.
- 10(a) to 10(c) are cross-sectional views corresponding to the BB cross-section in FIG. 1(a)
- FIG. 10(d) is a cross-sectional view corresponding to the CC cross-section in FIG. 1(a).
- the widths of the holes 26a formed in the insulating layer 14 and the holes 26b formed in the insulating layer 16 may be approximately the same.
- FIG. 10(b) is a diagram corresponding to FIG. 9(a) of the first embodiment.
- the holes 26b in the insulator layer 16 are misaligned with respect to the holes 26a in the insulator layer 14 as shown by arrows 45. As a result, a portion of the hole 26a is blocked by the insulator layer 16.
- FIG. 10(c) and FIG. 10(d) are diagrams corresponding to FIG. 9(b) and FIG. 9(e) of Example 1.
- FIG. 10(c) if the hole 26b is shifted relative to the hole 26a, the width of the hole 26 will become narrower.
- a broken line arrow 46 when the etching liquid is introduced through the hole 26, the etching liquid is not sufficiently introduced.
- the etching solution may not sufficiently penetrate between the electrode fingers 22a and 22b in the region 50, and the sacrificial layer 38 may remain.
- the diameter of the hole 26b penetrating the insulating layer 16 is made larger than the diameter of the hole 26a penetrating the insulating layer 14.
- a hole 26 is formed through the insulator layers 14 and 16. Thereby, even if the holes 26b of the insulator layer 16 are formed out of alignment with the holes 26a of the insulator layer 14, it is possible to prevent the insulator layer 16 from blocking the holes 26a. Therefore, remaining of the sacrificial layer 38 can be suppressed.
- the diameter of the hole 26b is preferably 1.1 times or more the diameter of the hole 26a.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of an elastic wave sensor according to Modification Example 7 of Example 1.
- the surface 56 of the insulating layer 14 on the gap 15 side between the electrode fingers 22a and 22b has an arch shape. If the height of the gap 15 at the point where the insulator layer 14 touches the ends of the electrode fingers 22a and 22b is H1, and the height of the gap 15 at the midpoint between the electrode fingers 22a and 22b in the X direction is H2, then the height is The height H2 is greater than H1. Thereby, the volume of the void 15 becomes larger, so that loss of elastic waves can be suppressed. Furthermore, the arched shape has high strength against stress from above. Therefore, even if the insulator layers 14 and 16 vibrate minutely, the insulator layer 14 can be prevented from being crushed.
- the height H2 is preferably 1.1 times or more and twice or less the height H1.
- FIG. 12(a) is a plan view of the elastic wave sensor according to Example 2
- FIG. 12(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 12(a).
- FIG. 12A mainly shows the IDTs 20a, 20b, pads 25a to 25d, insulator layers 14, 16, sensitive film 18, metal layer 30, and hole 26, with the sensitive film 18 indicated by a thick broken line, and the IDT 20a, 20b, pads 25a to 25d, and metal layer 30 are shown by cross hatching.
- IDTs 20a and 20b are provided on the piezoelectric substrate 10. IDTs 20a and 20b are spaced apart. A region between a region 50 in which electrode fingers 22a and 22b are alternately provided in the IDT 20a and a region 50 in which electrode fingers 22a and 22b are alternately provided in the IDT 20b is a propagation path 54 through which elastic waves propagate. be.
- Bus bars 23a and 23b of IDT 20a are electrically connected to pads 25a and 25b, respectively, and bus bars 23a and 23b of IDT 20b are electrically connected to pads 25c and 25d, respectively.
- a metal layer 30 is provided on the piezoelectric substrate 10 between the IDTs 20a and 20b.
- the metal layer 30 includes a plurality of electrode fingers 32 and a pair of bus bars 33.
- the electrode fingers 32 extend in the Y direction and are arranged in the X direction in the propagation path 54.
- the pair of bus bars 33 are provided outside the propagation path 54 in the Y direction.
- the electrode finger 32 is connected to one bus bar 33 at the +Y end, and connected to the other bus bar 33 at the -Y end.
- the bus bar 33 on the +Y side is connected to the bus bar 23a of the IDT 20b.
- the -Y side bus bar 33 is connected to the bus bar 23b of the IDT 20a.
- the electrode fingers 32 are provided for electric field short-circuiting to suppress electrical sensitivity in the propagation path 54.
- the pitch Pa of the electrode fingers 22a and 22b in the IDT 20a is approximately equal to the pitch Pb of the electrode fingers 22a and 22b in the IDT 20b. If the pitch Pc of the electrode fingers 32 is equal to the pitches Pa and Pb, the electrode fingers 32 will reflect the elastic waves excited by the IDT 20a. For this reason, the pitch Pc is preferably different from the pitches Pa and Pb, and the pitch Pc is preferably 1/2 or less or twice or more of the pitches Pa and Pb.
- Insulator layers 14 and 16 are provided on electrode fingers 22a, 22b and void 15.
- a gap 15 exists between the metal layer 30 and the electrode finger 32 .
- Insulator layers 14 and 16 are provided on electrode fingers 32 and voids 15 .
- a sensitive film 18 is provided on the insulator layer 16 in the propagation path 54 .
- holes 26 are provided in the insulator layers 14 and 16 in the gap region 52 between the tip of the electrode finger 22a and the bus bar 23b, and in the gap region 52 between the tip of the electrode finger 22b and the bus bar 23a. ing. Holes 26 are provided in the insulator layers 14 and 16 between the electrode fingers 32 between the propagation path 54 and the bus bar 33 in the metal layer 30 . The hole 26 is also a hole for removing the sacrificial layer as in the first embodiment.
- the materials of the piezoelectric substrate 10, metal film 12, insulator layers 14 and 16, and sensitive film are the same as in Example 1.
- FIG. 13(a) is a cross-sectional view of an elastic wave sensor 109 according to a first modification of the second embodiment.
- the insulator layers 14 and 16 are provided only on the electrode fingers 22a, 22b, and 32, and the insulator layers 14 and 16 are not provided on the gap 15.
- the sensitive film 18 is provided only on the electrode fingers 22a and 22b, and the sensitive film 18 is not provided on the gap 15.
- the width of the electrode finger 32 in the X direction and the width of the insulator layers 14 and 16 in the X direction are the same.
- the widths of electrode fingers 22a and 22b in the X direction and the widths of insulator layers 14 and 16 in the X direction are the same.
- the other configurations are the same as in the second embodiment, and their explanation will be omitted.
- FIG. 13(b) is a cross-sectional view of an elastic wave sensor 110 according to a second modification of the second embodiment.
- slits 28 are provided in the insulator layers 14 and 16 between the electrode fingers 22a and 22b.
- a slit 28 is provided in the insulator layers 14 and 16 between the electrode fingers 32.
- the slit 28 penetrates the insulator layers 14 and 16 and is connected to the void 15.
- the width of the slit 28 in the X direction is smaller than the width of the gap 15 between the electrode fingers 32 in the X direction.
- the width of the slit 28 in the X direction is smaller than the width of the gap 15 between the electrode fingers 22a and 22b in the X direction.
- the width of the slit 28 is smaller than the width of the hole 26.
- a plurality of electrodes are arranged in the X direction between the IDT 20a (a pair of first comb-shaped electrodes) and the IDT 20b (a pair of first comb-shaped electrodes) on the piezoelectric substrate 10. Fingers 32 are provided, and gaps 15 are provided between adjacent electrode fingers 32 on the piezoelectric substrate 10 .
- An insulator layer 16 is provided on the plurality of electrode fingers 32, and a sensitive film 18 is provided on the insulator layer 16.
- a gap 15 be provided in a part between the plurality of electrode fingers 32 on the piezoelectric substrate 10.
- the insulator layers 14 and 16 and the sensitive film 18 are not provided between adjacent electrode fingers 32. Thereby, loss can be suppressed.
- the IDT 20a excites elastic waves near the surface of the piezoelectric substrate 10.
- the elastic wave propagates near the surface of the piezoelectric substrate 10 in the propagation path 54 and reaches the IDT 20b.
- a high frequency signal is outputted to the pad 25b using an elastic wave with respect to the pad 25c at the ground potential.
- the sensitivity of the elastic wave sensor can be improved by making the acoustic impedance of the insulator layer 16 smaller than the acoustic impedance of the plurality of electrode fingers 32.
- the insulator layer 14 having a Young's modulus larger than the Young's modulus of the insulator layer 16 between the plurality of electrode fingers 22c and the insulator layer 16
- elastic loss can be suppressed.
- Sensitivity can be improved by making the width of the insulator layer 16 larger than the width of the electrode finger 22c in the X direction.
- FIG. 14(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to Example 3
- FIG. 14(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 14(a).
- FIG. 14A mainly shows the IDTs 20a, 20b, pads 25a to 25d, insulator layers 14, 16, sensitive film 18, metal layer 30a, and hole 26, with the sensitive film 18 indicated by a thick broken line, and the IDT 20a, 20b, pads 25a to 25d, and metal layer 30a are shown by cross hatching.
- the metal layer 30a is a solid film, and the propagation path 54 is not provided with electrode fingers.
- a plurality of insulator fingers 19 are provided on the metal layer 30a, extending in the Y direction and arranged in the X direction.
- the insulator finger 19 includes an insulator layer 14 provided on the metal layer 30a and an insulator layer 16 provided on the insulator layer 14.
- a gap 15 exists between adjacent insulator fingers 19 on the metal layer 30a.
- the sensitive film 18 is provided only on the plurality of insulator fingers 19.
- the metal layer 30a is provided for electric field short-circuiting to suppress electrical sensitivity in the propagation path 54.
- the pitch Pc of the insulator fingers 19 may be approximately equal to or different from the pitch Pa in the IDT 20a and the pitch Pb in the IDT 20b. The rest of the configuration is the same as in the second embodiment, and the explanation will be omitted.
- the mass of the sensitive film 18 changes.
- the mass added to the propagation path 54 changes.
- the speed of the elastic wave propagating through the propagation path 54 changes. Therefore, based on the change in the phase difference of the elastic waves propagating through the propagation path 54, changes in the environment such as the concentration of a specific substance or a specific object such as an antigen can be detected.
- Example 2 by providing the insulating layer 16, the sensitivity of the acoustic wave sensor can be improved.
- the sensitivity of the acoustic wave sensor can be improved.
- elastic waves cannot propagate through the insulator layer 16. Therefore, elastic loss can be suppressed.
- the insulator layer 14 having a Young's modulus larger than the Young's modulus of the insulator layer 16 between the metal layer 30a and the insulator layer 16, elastic loss can be suppressed.
- a gap 15 be provided in a portion between the plurality of insulator fingers 19 on the piezoelectric substrate 10.
- the insulator layers 14, 16 and the sensitive film 18 are not provided between adjacent insulator fingers 19. Thereby, loss can be suppressed.
- Example 4 is an example of a detection system using Example 1 and its modification.
- FIG. 15(a) is a block diagram of the detection system 112 according to the fourth embodiment.
- the oscillation circuit 62 includes an elastic wave sensor 60.
- the elastic wave sensor 60 is a surface acoustic wave resonator in the first embodiment and its modifications.
- the oscillation circuit 62 outputs an oscillation signal having an oscillation frequency corresponding to the resonance frequency of the surface acoustic wave resonator.
- the oscillation frequency does not need to be the same as the resonant frequency, and it is sufficient that the oscillation frequency changes based on a change in the resonant frequency.
- the oscillation circuit 62 outputs an oscillation signal having an oscillation frequency that changes in response to changes in the environment.
- the detector 64 includes a measuring device 66 and a calculating device 68.
- the measuring device 66 measures the frequency of the oscillation signal output by the oscillation circuit 62.
- the calculator 68 detects a specific substance or antigen based on the amount of change in the frequency of the oscillation signal measured by the measuring device 66. As described above, when a specific object such as a specific substance or an antigen is adsorbed or bonded to the sensitive membrane 18, the mass of the sensitive membrane 18 changes. Therefore, since the frequency of the oscillation signal changes, a specific substance or antigen can be detected based on the amount of change.
- FIG. 15(b) is a block diagram of the detection system 114 according to the first modification of the fourth embodiment.
- the transmitter 71 transmits a high frequency signal to the IDT 20a of the elastic wave sensor 70 of the second and third embodiments and their modifications.
- the receiver 72 receives a high frequency signal from the IDT 20b of the elastic wave sensor 70.
- Detector 74 includes a measuring device 76 and a calculating device 78.
- the measuring device 76 measures the phase difference between the high frequency signal transmitted by the transmitter 71 and the high frequency signal received by the receiver 72.
- the calculator 78 detects the specific substance or antigen based on the amount of change in phase difference measured by the measuring device 76.
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Abstract
Description
本発明は、弾性波センサおよびその製造方法に関し、例えば感応膜を有する弾性波センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an acoustic wave sensor and a method for manufacturing the same, and for example, to an acoustic wave sensor having a sensitive film and a method for manufacturing the same.
気体または液体内の特定物質を検出するセンサとして、弾性表面波を用いた弾性波センサが知られている。水晶基板上にPMMA(Poly Methyl Methacrylate)層を堆積させることで、弾性表面波としてラブ(Love)波を用いた弾性波センサが知られている(例えば非特許文献1)。ラブ波を用いた弾性波センサにおいて、水晶基板とPMMA層との間にSiO2層を設けることが知られている(例えば非特許文献2)。圧電基板上にSiO2層を設け、SiO2層上に疎水性材料として樹脂層を設けることが知られている(例えば特許文献1)。 2. Description of the Related Art Acoustic wave sensors using surface acoustic waves are known as sensors for detecting specific substances in gas or liquid. An elastic wave sensor is known that uses Love waves as surface acoustic waves by depositing a PMMA (Poly Methyl Methacrylate) layer on a crystal substrate (for example, Non-Patent Document 1). In an elastic wave sensor using Love waves, it is known to provide a SiO 2 layer between a crystal substrate and a PMMA layer (for example, Non-Patent Document 2). It is known to provide two layers of SiO 2 on a piezoelectric substrate and to provide a resin layer as a hydrophobic material on the two layers of SiO 2 (for example, Patent Document 1).
非特許文献1のように、音響インピーダンスの小さいPMMA層を感応膜下に設けることで、弾性波センサの感度を向上させることができる。しかし、音響インピーダンスの小さい材料はヤング率が小さいため、PMMA層における弾性的損失が大きくなり、弾性波センサの特性が劣化する。非特許文献2のように、水晶基板とPMMA層との間にSiO2層を設けることで、弾性的損失を抑制することができる。しかしながら、さらなる弾性的損失の抑制が求められている。
As in Non-Patent
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性波センサの弾性的損失を抑制することを目的とする。 The present invention was made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress elastic loss of an elastic wave sensor.
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を有し、前記圧電基板上における隣接する電極指間は空隙である一対の櫛型電極と、前記複数の電極指上に設けられた第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層上に設けられた感応膜と、を備える弾性波センサである。 The present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate and having a plurality of electrode fingers, and having a gap between adjacent electrode fingers on the piezoelectric substrate, and the plurality of electrode fingers. The present invention is an acoustic wave sensor including a first insulator layer provided above and a sensitive film provided on the first insulator layer.
上記構成において、前記圧電基板、前記一対の櫛型電極および前記感応膜を備え、環境の変化にともない共振周波数が変化する共振器と、前記共振器の前記共振周波数の変化に基づき、前記環境の変化を検出する検出器と、を備える構成とすることができる。 In the above configuration, the resonator includes the piezoelectric substrate, the pair of comb-shaped electrodes, and the sensitive film, and has a resonant frequency that changes with changes in the environment; The configuration may include a detector that detects a change.
上記構成において、前記隣接する電極指の間には、前記第1絶縁体層および前記感応膜は設けられていない構成とすることができる。 In the above structure, the first insulator layer and the sensitive film may not be provided between the adjacent electrode fingers.
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた一対の第1櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられた一対の第2櫛型電極と、前記圧電基板上における前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との間に設けられ、前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との配列方向に配列し、前記圧電基板上における隣接する電極指間は空隙である複数の電極指と、前記複数の電極指上に設けられた第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層上に設けられた感応膜と、を備え、前記隣接する電極指の間には、前記第1絶縁体層および前記感応膜は設けられていない弾性波センサである。 The present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, and a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate. provided between the first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes, arranged in the arrangement direction of the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes, and arranged on the piezoelectric substrate. A plurality of electrode fingers having spaces between adjacent electrode fingers, a first insulator layer provided on the plurality of electrode fingers, and a sensitive film provided on the first insulator layer. , an acoustic wave sensor in which the first insulator layer and the sensitive film are not provided between the adjacent electrode fingers.
上記構成において、前記一対の第1櫛型電極に加える高周波信号と前記一対の第2櫛型電極から出力される高周波信号との位相差の変化に基づき、環境の変化を検出する検出器を備える構成とすることができる。 The above configuration includes a detector that detects a change in the environment based on a change in phase difference between a high frequency signal applied to the pair of first comb-shaped electrodes and a high frequency signal outputted from the pair of second comb-shaped electrodes. It can be configured as follows.
上記構成において、前記第1絶縁体層の音響インピーダンスは前記複数の電極指の音響インピーダンスより小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic impedance of the first insulating layer may be smaller than the acoustic impedance of the plurality of electrode fingers.
上記構成において、前記複数の電極指と前記第1絶縁体層との間に設けられ、前記第1絶縁体層のヤング率よりヤング率の大きい第2絶縁体層を備える構成とすることができる。 In the above structure, a second insulating layer may be provided between the plurality of electrode fingers and the first insulating layer and having a Young's modulus larger than the Young's modulus of the first insulating layer. .
上記構成において、前記空隙上において前記第1絶縁体層は分離されている構成とすることができる。 In the above structure, the first insulating layer may be separated above the gap.
上記構成において、前記複数の電極指の配列する方向において、前記第1絶縁体層の幅は、前記隣接する電極指の各々の幅より大きい構成とすることができる。 In the above structure, the width of the first insulating layer may be larger than the width of each of the adjacent electrode fingers in the direction in which the plurality of electrode fingers are arranged.
上記構成において、前記複数の電極指は、前記圧電基板に埋め込まれている構成とすることができる。 In the above configuration, the plurality of electrode fingers may be embedded in the piezoelectric substrate.
上記構成において、前記第1絶縁体層は、前記複数の電極指の間に空隙を形成するように前記複数の電極指上に連続して設けられている構成とすることができる。 In the above structure, the first insulator layer may be continuously provided on the plurality of electrode fingers so as to form a gap between the plurality of electrode fingers.
上記構成において、前記第1絶縁体層に前記空隙と前記第1絶縁体層上の外部とをつなぐ孔が設けられている構成とすることができる。 In the above structure, the first insulating layer may be provided with a hole connecting the void and the outside on the first insulating layer.
上記構成において、前記複数の電極指および前記空隙と前記第1絶縁体層との間に連続して設けられ、前記孔が連通して設けられた第2絶縁体層を備え、前記第1絶縁体層における前記孔の径は前記第2絶縁体層における前記孔の径より大きい構成とすることができる。 In the above configuration, a second insulating layer is provided continuously between the plurality of electrode fingers and the voids and the first insulating layer, and the hole is provided in communication with the first insulating layer. The diameter of the hole in the body layer may be larger than the diameter of the hole in the second insulator layer.
上記構成において、前記複数の電極指および前記空隙と前記第1絶縁体層との間に連続して設けられ、前記空隙側の面がアーチ状である第2絶縁体層を備える構成とすることができる。 In the above structure, a second insulating layer is provided continuously between the plurality of electrode fingers and the void and the first insulating layer, and the surface on the void side is arch-shaped. I can do it.
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた一対の第1櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられた一対の第2櫛型電極と、前記圧電基板上における前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との間に設けられた金属層と、前記金属層上に設けられ、前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との配列方向に配列し、前記金属層上における隣接する絶縁体指間は空隙である複数の絶縁体指と、前記複数の絶縁体指上に設けられた感応膜と、を備える弾性波センサである。 The present invention includes a piezoelectric substrate, a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, and a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate. a metal layer provided between the first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes; and a metal layer provided on the metal layer, the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes; an acoustic wave sensor comprising: a plurality of insulator fingers arranged in the arrangement direction of the metal layer, with gaps between adjacent insulator fingers on the metal layer; and a sensitive film provided on the plurality of insulator fingers. It is.
上記構成において、前記一対の第1櫛型電極に加える高周波信号と前記一対の第2櫛型電極から出力される高周波信号との位相差の変化に基づき、環境の変化を検出する検出器を備える構成とすることができる。 The above configuration includes a detector that detects a change in the environment based on a change in phase difference between a high frequency signal applied to the pair of first comb-shaped electrodes and a high frequency signal outputted from the pair of second comb-shaped electrodes. It can be configured as follows.
本発明は、圧電基板上に、複数の電極指と前記複数の電極指間に犠牲層とを形成する工程と、前記複数の電極指および前記犠牲層上に第1絶縁体層を形成する工程と、前記第1絶縁体層上に感応膜を形成する工程と、前記第1絶縁体層を貫通し前記犠牲層と接する孔を形成する工程と、前記孔を介し前記犠牲層を除去するエッチング液を導入することで、前記圧電基板と前記第1絶縁体層との間の複数の電極指間に空隙を形成する工程と、を含む弾性波センサの製造方法である。 The present invention includes a step of forming a plurality of electrode fingers and a sacrificial layer between the plurality of electrode fingers on a piezoelectric substrate, and a step of forming a first insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer. a step of forming a sensitive film on the first insulating layer; a step of forming a hole that penetrates the first insulating layer and contacts the sacrificial layer; and an etching step of removing the sacrificial layer through the hole. The method of manufacturing an acoustic wave sensor includes the step of forming gaps between a plurality of electrode fingers between the piezoelectric substrate and the first insulator layer by introducing a liquid.
上記構成において、前記複数の電極指および前記犠牲層上に第2絶縁体層を形成する工程を含み、前記第1絶縁体層を形成する工程は、前記第2絶縁体層上に前記第1絶縁体層を形成する工程を含み、前記孔を形成する工程は、前記第1絶縁体層を貫通する孔の径が前記第2絶縁体層を貫通する孔の径より大きくなるように、前記第1絶縁体層および前記第2絶縁体層を貫通する前記孔を形成する工程を含む構成とすることができる。 In the above structure, the step of forming a second insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer includes the step of forming the first insulator layer on the second insulator layer. The step of forming the hole includes the step of forming an insulator layer, and the step of forming the hole includes the step of forming the hole so that the diameter of the hole penetrating the first insulator layer is larger than the diameter of the hole penetrating the second insulator layer. The method may include a step of forming the hole penetrating the first insulator layer and the second insulator layer.
上記構成において、前記孔を形成する工程は、前記圧電基板における弾性波が伝搬する領域の前記複数の電極指の延伸する方向における外側に前記孔を形成する工程を含む構成とすることができる。 In the above structure, the step of forming the hole may include the step of forming the hole outside a region of the piezoelectric substrate in which an elastic wave propagates in a direction in which the plurality of electrode fingers extend.
本発明によれば、弾性波センサの弾性的損失を抑制することができる。 According to the present invention, elastic loss of an elastic wave sensor can be suppressed.
以下、図面を参照し実施例について説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.
実施例1として、気体または液体の環境変化を検出する弾性波センサとして、弾性表面波共振器を採用した例を説明する。図1(a)は、実施例1に係る弾性波センサ100の平面図、図1(b)は、図1(a)のA-A断面図である。電極指22aおよび22bの配列する配列方向をX方向、電極指22aおよび22bの延伸方向をY方向、圧電基板10の法線方向をZ方向とする。X、YおよびZ方向は圧電基板10の結晶方位とは必ずしも一致しない。圧電基板10が回転YカットX伝搬基板の場合、X方向は結晶方位のX軸方向となる。図1(a)は、IDT20(interdigital transducer)、パッド25a、25b、絶縁体層14、16、反射器21、感応膜18および孔26を主に図示し、感応膜18を太破線で示し、反射器21、IDT20、パッド25aおよび25bをクロスハッチングで示している。
As Example 1, an example will be described in which a surface acoustic wave resonator is employed as an acoustic wave sensor that detects environmental changes in gas or liquid. FIG. 1(a) is a plan view of an
図1(a)および図1(b)に示すように、弾性波センサ100では、圧電基板10上に金属膜12が設けられている。金属膜12はIDT20、反射器21、パッド25aおよび25bを形成する。IDT20は櫛型電極24aおよび24bを有する。櫛型電極24a(第1櫛型電極)は、複数の電極指22a(第1電極指)およびバスバー23aを有する。バスバー23aには、Y方向に延伸する複数の電極指22aの+Y側の端が接続され、バスバー23aはX方向に延伸する。櫛型電極24b(第2櫛型電極)は、複数の電極指22b(第2電極指)およびバスバー23bを有する。バスバー23bには、Y方向に延伸する複数の電極指22bの-Y側の端が接続され、バスバー23bはX方向に延伸する。IDT20のうち、X方向から見て電極指22aと22bとが重なる領域は、交差領域50である。領域50の少なくとも一部の領域において、電極指22aと22bとは1本毎に交互に設けられている。弾性波は、領域50の外側でも伝搬するが、主に領域50内を伝搬する。領域50とバスバー23aおよび23bとの間はギャップ領域52である。
As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), in the
IDT20のX方向の両側に反射器21が形成されている。反射器21は、複数の電極指22cと一対のバスバー23cを各々備えている。複数の電極指22cは+Y端において一方のバスバー23cに接続され、-Y端において他方のバスバー23cに接続される。領域50内において、IDT20が励振した弾性波は主にX方向に伝搬し、反射器21は弾性波を反射する。電極指22aのピッチおよび電極指22bのピッチをλとする。λは、IDT20が励振する弾性表面波の波長に相当する。λは複数の電極指22aおよび22bのピッチPの2倍である。
電極指22aおよび22b間および電極指22c間における圧電基板10上に空隙15が設けられている。空隙15内は空気等の気体が充満している。圧電基板10上に、金属膜12および空隙15を覆うように絶縁体層14が設けられている。絶縁体層14上に絶縁体層16が設けられている。絶縁体層14および16は、IDT20および反射器21を覆うように設けられている。XZ平面における断面視では、IDT20において、空隙15は、圧電基板10、絶縁体層14および電極指22aおよび22bに囲まれて、反射器21において、空隙15は、圧電基板10、絶縁体層14および電極指22cに囲まれている。絶縁体層14上に感応膜18が設けられている。感応膜18はIDT20の領域50上に設けられ、領域50以外には設けられていない。
A
IDT20において、領域50のY方向における外側のギャップ領域52に、絶縁体層14および16を貫通する孔26が設けられている。孔26は、空隙15と絶縁体層16上の外部とをつなぐ。孔26は、電極指22bの先端とバスバー23aとの間、電極指22aの先端とバスバー23bとの間に設けられている。反射器21において、ギャップ領域52における電極指22c間に、絶縁体層14および16を貫通する孔26が設けられている。後述するように、孔26は、空隙15を形成するため形成された犠牲層をエッチングするための孔である。バスバー23aの+Y側にパッド25aが接続され、バスバー23bの-Y側にパッド25bが設けられている。パッド25aおよび25bは、それぞれ櫛型電極24aおよび24bを外部に電気的に接続するための端子である。
In the
圧電基板10は、例えばタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)基板または水晶(単結晶SiO2)基板であり、例えば、単結晶回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板である。圧電基板10は、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板または石英基板等の支持基板上に直接または絶縁体層を介し接合されていてもよい。金属膜12は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)およびモリブデン(Mo)の少なくとも1つの金属を主成分とする。金属膜12と圧電基板10との間にチタン(Ti)層またはクロム(Cr)層等の密着層またはバリア層が設けられていてもよい。
The
絶縁体層14は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜、酸化アルミニウム(Al2O3)膜、酸化亜鉛(ZnO)膜、酸化タンタル(Ta2O5)膜、窒化シリコン(SiN)膜または窒化酸化シリコン(SiON)膜等の絶縁膜である。絶縁体層16は、例えばPMMA、PDMS(dimethylpolysiloxane)またはポリイミド等のポリマー樹脂である。絶縁体層16の音響インピーダンスは、金属膜12の音響インピーダンスおよび絶縁体層14の音響インピーダンスより小さい。
The
感応膜18は、例えば有機高分子膜、有機低分子膜、または無機膜である。有機高分子材料等のポリマーとしては、例えばポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、6-ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-9,9-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-p-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-1-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー、ホモポリマー2種以上の共重合体であるコポリマー、これらを混合したブレンドポリマーなどを用いることができる。
The
例えば、有機低分子材料としては、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(Alq3)、ナフチルジアミン(α-NPD)、BCP(2,9 - dimethyl - 4,7 - diphenyl - 1,10 - phenanthroline)、CBP(4,4' - N,N' - dicarbazole - biphenyl)、銅フタロシアニン、フラーレン、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ir(ppy(2 - phenylpyridinato))3、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラテトラコンタン、パリレンなどを用いることができる。 For example, organic low-molecular materials include tris(8-quinolinolato)aluminum (Alq3), naphthyldiamine (α-NPD), BCP (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), and CBP. (4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl), copper phthalocyanine, fullerene, pentacene, anthracene, thiophene, Ir(ppy(2-phenylpyridinato)) 3 , triazinethiol derivative, dioctylfluorene derivative, tetratetracontane, Parylene or the like can be used.
例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどを用いることができる。 For example, inorganic materials include alumina, titania, vanadium pentoxide, tungsten oxide, lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum, gold, silver, tin, indium tin oxide (ITO), carbon nanotubes, sodium chloride, chloride Magnesium or the like can be used.
また、弾性波センサがウィルスまたは細菌等の抗原を検出する場合、感応膜18は抗体を含んでもよい。例えば、感応膜18は、絶縁体層16上に設けられた接続層と、接続層上に設けられた抗体を有してもよい。接続層としては、例えば絶縁体層16上に設けられた厚さが10nmのチタン層と、チタン層上に設けられた厚さが20nmの金層である。抗体と接続層との間に自己組織化単分子膜が設けられていてもよい。自己組織化単分子膜の厚さは例えば1nm~2nmであり、抗体の厚さは例えば10nm~20nmである。
Furthermore, when the acoustic wave sensor detects an antigen such as a virus or bacteria, the
気体または液体内の特定の原子または分子等の物質、ウィルスまたは細菌などの抗原などの特定の物体が感応膜18に吸着または結合すると感応膜18の質量が増加する。また、湿度が変化すると感応膜18に水分が結合し、感応膜18の質量が変化する。このように、環境の変化により感応膜18の質量が変化する。この質量の変化に対応し、領域50を伝搬する弾性波の音速が変化する。これにより、弾性表面波共振器の共振周波数が変化する。例えば、感応膜18が重くなると、領域50を伝搬する弾性波の音速が遅くなり、共振周波数が低くなる。この共振周波数の変化に基づき、特定物質または抗原等の特定の物体を検出できる。
When a specific object such as a substance such as a specific atom or molecule in a gas or liquid or an antigen such as a virus or bacteria is adsorbed or bonded to the
実施例1では、圧電基板10上における電極指22aおよび22b間に空隙15が設けられ、電極指22aおよび22b並びに空隙15上に絶縁体層14および16が設けられている。絶縁体層16に電極指22aおよび22bより音響インピーダンスが小さいポリマー樹脂を用いることで、弾性波センサの感度が向上する。絶縁体層14のヤング率を絶縁体層16のヤング率より大きくすることで、弾性的な損失を抑制できる。さらに、電極指22aと22bとの間に空隙15を設けることで、弾性波は、圧電基板10の表面付近の絶縁体層14および16内を伝搬し、電極指22aおよび22b間の空隙15を伝搬しない。これにより、ヤング率が低い絶縁体層14および16を伝搬する弾性波が少なくなり、弾性的な損失を抑制できる。
In Example 1, a
絶縁体層14および16は、反射器21上には設けられていなくてもよい。IDT20が励振する弾性波の音速と、反射器21が反射する弾性波の音速を合わせ、反射器21がIDT20の励振した弾性波を効率よく反射するため、反射器21上にも絶縁体層14および16が設けられることが好ましい。また反射器21の電極指22c間に空隙15が設けられていることが好ましい。
The insulator layers 14 and 16 do not need to be provided on the
[実施例1の変形例1]
図2(a)は、実施例1の変形例1に係る弾性波センサ101の断面図である。図2(a)のように、弾性波センサ101では、絶縁体層14が設けられておらず、電極指22aおよび22b並びに空隙15上に絶縁体層16が直接設けられている。その他の構成は実施例1と同じであり、説明を省略する。
[
FIG. 2A is a cross-sectional view of the
[実施例1の変形例2]
図2(b)は、実施例1の変形例2に係る弾性波センサ102の断面図である。図2(b)のように、絶縁体層14および16は、電極指22a~22c上にのみ設けられ、空隙15上に絶縁体層14および16は設けられていない。感応膜18は、電極指22aおよび22b上にのみ設けられ、空隙15上に感応膜18は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり、説明を省略する。
[
FIG. 2(b) is a cross-sectional view of the
[実施例1の変形例3]
図2(c)は、実施例1の変形例3に係る弾性波センサ103の断面図である。図2(c)のように、絶縁体層14が設けられておらず、電極指22aおよび22b上に絶縁体層16が直接設けられている。その他の構成は実施例1の変形例2と同じであり、説明を省略する。
[Modification 3 of Example 1]
FIG. 2C is a cross-sectional view of the
[実施例1の変形例4]
図2(d)は、実施例1の変形例4に係る弾性波センサ104の断面図である。図2(d)のように、電極指22a~22cを含むIDT20が圧電基板10に埋め込まれている。その他の構成は実施例1の変形例2と同じであり、説明を省略する。実施例1の変形例4の弾性波センサ104では、電極指22a~22cの側面が圧電基板10から露出しないため、検体を含む検体液等が感応膜18に供給された場合にもIDT20の電気的なショート等を抑制できる。
[
FIG. 2D is a cross-sectional view of the
[実施例1の変形例5]
図3(a)は、実施例1の変形例5に係る弾性波センサの平面図、図3(b)は、図3(a)のA-A断面図である。図3(a)および図3(b)に示すように、IDT20では、領域50において電極指22aと22bとの間、ギャップ領域52において電極指22aおよび22bとバスバー23bおよび23aとのそれぞれの間における絶縁体層14および16にスリット28が設けられている。これにより、電極指22aの+Y側および±X側にスリット28が設けられ、電極指22bの-Y側および±X側にスリット28が設けられる。反射器21では電極指22c間における絶縁体層14および16にスリット28が設けられている。スリット28は絶縁体層14および16を貫通し空隙15とつながっている。スリット28の幅は孔26の幅より小さい。その他の構成は実施例1と同じであり、説明を省略する。
[Modification 5 of Example 1]
3(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to a fifth modification of the first embodiment, and FIG. 3(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 3(a). As shown in FIGS. 3(a) and 3(b), in the
[シミュレーション]
センサA~Dについて、有限要素法を用いシミュレーションを行った。図4(a)から図4(d)は、シミュレーションにおけるそれぞれセンサA~Dの断面図である。図4(a)から図4(d)に示すように、シミュレーションでは、X方向において、弾性波の1波長λ分を抜き出し、X方向の境界条件を鏡面条件とし、Y方向の境界条件を連続条件とした。図示しないが、感応膜18として、厚さのある感応膜18は設けず、絶縁体層16の上面に、ある面密度の質量を付加することにより、疑似的に感応膜18を設けた。センサAは、比較例1に相当し、センサBは実施例1に相当し、センサCは、実施例1の変形例2に相当し、センサDは実施例1の変形例5に相当する。
[simulation]
A simulation was performed using the finite element method for sensors A to D. FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views of sensors A to D, respectively, in the simulation. As shown in Figures 4(a) to 4(d), in the simulation, one wavelength λ of the elastic wave is extracted in the X direction, the boundary condition in the X direction is a mirror condition, and the boundary condition in the Y direction is continuous. It was made a condition. Although not shown, a thick
図4(a)に示すように、センサAでは、圧電基板10上に電極指22aと22bが設けられ、圧電基板10上に電極指22aおよび22bを覆うように、絶縁体層14が設けられている。電極指22aと22bとの間には、空隙15が設けられておらず、絶縁体層14が設けられている。絶縁体層14上に絶縁体層16が設けられている。
As shown in FIG. 4(a), in sensor A,
図4(b)に示すように、センサBでは、電極指22aと22bとの間に空隙15が設けられ、電極指22a、22bおよび空隙15上に絶縁体層14および16が設けられている。その他の構成はセンサAと同じであり説明を省略する。
As shown in FIG. 4(b), in sensor B, a
図4(c)に示すように、センサCでは、絶縁体層14および16は、電極指22aおよび22b上にのみ設けられ、空隙15上に設けられていない。絶縁体層14および16のX方向の幅は電極指22aおよび22bのX方向の幅と同じである。その他の構成はセンサBと同じであり説明を省略する。
As shown in FIG. 4(c), in sensor C, insulator layers 14 and 16 are provided only on
図4(d)に示すように、センサDでは、空隙15上の絶縁体層14および16に、絶縁体層14および16を貫通するスリット28が設けられている。スリット28の幅G1は、電極指22aと22bとの間隔G2より小さい。絶縁体層14および16のX方向の幅W2は、電極指22aおよび22bのX方向の幅W1より大きい。その他の構成はセンサBと同じであり説明を省略する。
As shown in FIG. 4(d), in the sensor D, a
センサA~Dにおいて、電極指22aおよび22bの厚さはT1、絶縁体層14の厚さはT2、絶縁体層16の厚さはT3である。図4(b)および図4(d)のように、圧電基板10の-X方向の端面のX座標を0とし、+X方向をX座標とする。電極指22aと22bとの中点のX座標をX1、圧電基板10の+X方向の端面のX座標をX2とする。X1は1/2λであり、X2はλである。電極指22aおよび22bのX方向における中心のX座標をそれぞれX3およびX4とする。X3はλ/4であり、X4は、3λ/4である。
In sensors A to D, the thickness of
圧電基板10を42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板、電極指22aおよび22bをアルミニウム層、絶縁体層14を酸化シリコン層、絶縁体層16をPMMA層とした。λを2.20μmとし、電極指22aおよび22bのX方向における幅を0.55μmとした。表1は、厚さT1~T3、感度|Δf|/f2およびアドミッタンス比ΔYを示す表である。
センサA~Dの厚さT1~T3は表1の値とした。感度|Δf|/f2のうち、Δfは、絶縁体層16の上面にある面密度の質量を加えたときの共振周波数fの変化量である。|Δf|は共振周波数fの2乗に比例するため、f2で規格化している。感度|Δf|/f2が大きいと、絶縁体層16の上面に同じ面密度が加わったときに共振周波数fが大きく変化することを示している。ΔYは共振周波数のアドミッタンスの絶対値|Y|と反共振周波数のアドミッタンスの絶対値|Y|の差である。ΔYが大きいと、弾性的損失が小さいことを示している。
The thicknesses T1 to T3 of sensors A to D were set to the values shown in Table 1. Sensitivity |Δf|/f Of 2 , Δf is the amount of change in the resonant frequency f when a mass having a surface density on the upper surface of the insulating
まず、センサA~Cについて、感度|Δf|/f2がほぼ同じになるように、絶縁体層16の厚さT3を調整した。表1のように、センサA~Cの感度|Δf|/f2はほぼ同じである。
First, the thickness T3 of the
図5(a)は、シミュレーションにおけるセンサA~Cの周波数に対する|Y|を示す図である。横軸は周波数であり、縦軸はアドミッタンスの絶対値|Y|をdB表示している。 FIG. 5(a) is a diagram showing |Y| with respect to the frequencies of sensors A to C in the simulation. The horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents the absolute value of admittance |Y| in dB.
図5(a)に示すように、共振周波数frにおいてアドミッタンスの絶対値|Y|は極大となり、反共振周波数faにおいて|Y|は極小となる。センサAよりセンサB、センサBよりセンサCでは、共振周波数frおよび反共振周波数faが低くなる。共振周波数frにおける|Y|と反共振周波数faにおける|Y|との差であるΔYは、センサAよりセンサBが大きく、センサBよりセンサCが大きい。 As shown in FIG. 5(a), the absolute value of admittance |Y| becomes maximum at the resonant frequency fr, and |Y| becomes minimum at the anti-resonance frequency fa. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa are lower in sensor B than in sensor A, and lower in sensor C than in sensor B. ΔY, which is the difference between |Y| at the resonant frequency fr and |Y| at the anti-resonant frequency fa, is larger for sensor B than for sensor A, and larger for sensor C than for sensor B.
センサAでは、弾性波としてラブ波が圧電基板10の表面付近、絶縁体層14および16を伝搬する。感度|Δf|/f2は、感応膜18に接する絶縁体層16の音響インピーダンスが小さい方が大きくなる。横波の音響インピーダンスZaはZa=ρ・Vである。ρは密度、Vは横波音速である。V=√(E/(2(1+ν)×ρ)である。Eはヤング率、νはポアソン比である。よって、Za=√{(ρ・E)/(2(1+ν))である。このように、音響インピーダンスZaが小さい絶縁体層16はヤング率Eが小さい。ヤング率Eが小さい媒体を弾性波が伝搬すると、弾性波の振動が弱められる。よって振動エネルギーが失われ、弾性波の損失(弾性的損失)が大きくなる。そこで、絶縁体層14として、絶縁体層16よりヤング率の大きな絶縁体層14を設けている。しかし、弾性波の一部が電極指22aおよび22bの間の絶縁体層14を伝搬するため、弾性波の損失は十分には小さくできない。
In sensor A, Love waves as elastic waves propagate near the surface of
センサBでは、電極指22aと22bとの間に空隙15が設けられているため、弾性波は、圧電基板10の表面付近と、絶縁体層14および16を伝搬し、電極指22aと22bとの間の空隙15は伝搬しない。これにより、センサAと比べ、圧電基板10を伝搬する弾性波の割合が増え、ヤング率が小さく弾性的損失の大きい絶縁体層14および16を伝搬する弾性波の割合が減る。これにより、センサAより損失が抑制される。
In sensor B, since the
センサCでは、電極指22aおよび22b上に設けられた絶縁体層14および16の間にも空隙15が設けられている。これにより、弾性波は、絶縁体層14および16を伝搬せず、圧電基板10の表面付近を伝搬する。このため、ヤング率が小さく弾性的損失の大きい絶縁体層14および16を伝搬する弾性波がほとんどないため、弾性波の損失を抑制できる。なお、弾性波はほとんど圧電基板10を伝搬するため、センサCの弾性波は、ラブ波ではなく、SH(Shear Horizontal)波であり、ラブ波型SH弾性表面波と称することもある。
In the sensor C, a
センサDでは、厚さT1~T3をセンサBと同じとし、X方向における電極指22aと22bとの中間点において絶縁体層14および16にスリット28を設けた。センサDにおける絶縁体層14および16のスリット28の幅G1は110nmである。図5(b)は、シミュレーションにおけるセンサBおよびDの周波数に対する|Y|を示す図である。横軸は周波数であり、縦軸は|Y|をdB表示している。
In sensor D, the thicknesses T1 to T3 were the same as those in sensor B, and a
図5(b)に示すように、センサBよりセンサDでは、共振周波数frおよび反共振周波数faが低くなる。表1のように、ΔYは、センサBとDとでほぼ同じである。センサDの感度|Δf|/f2はセンサBの感度|Δf|/f2の約1.3倍である。 As shown in FIG. 5(b), the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa are lower in the sensor D than in the sensor B. As shown in Table 1, ΔY is almost the same for sensors B and D. The sensitivity of sensor D |Δf|/f 2 is approximately 1.3 times the sensitivity of sensor B |Δf|/f 2 .
センサDにおいて、センサBより感度が大きくなる理由を調べるため、X座標に対する絶縁体層16の上面におけるY方向の変位をシミュレーションした。図6(a)および図6(b)は、それぞれセンサBおよびDにおけるX座標に対するY方向変位の大きさを示す図である。横軸は、図4(b)および図4(d)におけるX座標である。縦軸は、弾性波が振動するときの絶縁体層16の上面におけるY方向の変位の大きさを示す。弾性波はY方向に振動するため、絶縁体層16の上面は、Y方向の正の方向と負の方向に振動する。縦軸は、Y方向の変位が最も大きいときのY方向の変位の大きさを示している。
In order to investigate the reason why sensor D has higher sensitivity than sensor B, we simulated the displacement of the upper surface of the
図6(a)に示すように、センサBでは、X座標が0、X1およびX2(すなわち、図4(b)の電極指22aと22bとの中点)において、Y方向の変位の大きさは0である。これは、電極指22aが+Y方向に変位するとき電極指22bは-Y方向に変位するため、絶縁体層14および16内では電極指22aと22bとの中点(すなわち、X座標が0、X1およびX2)では振動の節となるためである。電極指22aおよび22bの中心のX座標X3およびX4においてY方向の変位は最大となる。X3において絶縁体層16が+Y方向に変位しているとき、X4において絶縁体層16は-Y方向に変位している。X3において絶縁体層16が-Y方向に変位しているとき、X4において絶縁体層16は+Y方向に変位している。
As shown in FIG. 6(a), in sensor B, the magnitude of the displacement in the Y direction is is 0. This is because when the
図6(b)に示すように、センサDでは、X座標が0、X1およびX2の近傍において、Y方向の変位の大きさは最も大きい。X座標がX3およびX4において、Y方向の変位の大きさは最も小さいが、0ではない。センサDでは、0、X1およびX2の近傍において、絶縁体層14および16にスリット28が設けられている。このため、X座標が0、X1およびX2において、絶縁体層14および16内の振動の節とはならない。電極指22a上の絶縁体層14および16が+Y方向に変位するときに、電極指22b上の絶縁体層14および16は、電極指22a上の絶縁体層14および16に制限されることなく、-Y方向に変位することができる。よって、センサDでは、センサBに比べ絶縁体層16の上面におけるY方向の変位を大きくできる。これにより、センサDでは、センサBより感度を大きくできる。
As shown in FIG. 6(b), in sensor D, the displacement in the Y direction is largest near the X coordinates of 0, X1, and X2. When the X coordinates are X3 and X4, the magnitude of displacement in the Y direction is the smallest, but not zero. In sensor D, slits 28 are provided in insulator layers 14 and 16 near 0, X1, and X2. Therefore, the X coordinates of 0, X1, and X2 do not become nodes of vibration within the insulator layers 14 and 16. When the insulator layers 14 and 16 on the
センサCでは、電極指22a上の絶縁体層14および16が+Y方向に変位するときに、電極指22b上の絶縁体層14および16は、電極指22a上の絶縁体層14および16に制限されることなく、-Y方向に変位することができる。しかし、センサCでは、電極指22aおよび22bのX方向の幅と、絶縁体層14および16の幅と、はほぼ同じである。この場合、絶縁体層16の上面のY方向の変位はさほど大きくならない。一方、センサDでは、電極指22aおよび22bのX方向の幅W1より、絶縁体層14および16の幅W2が大きい。このため、絶縁体層14および16が振り子となり、絶縁体層16の上面のY方向の変位がセンサCのY方向の変位より大きくなる。よって、センサDの感度はセンサCの感度より大きくなる。
In sensor C, when the insulator layers 14 and 16 on the
実施例1およびその変形例によれば、圧電基板10上における電極指22aおよび22b間に空隙15が設けられ、電極指22aおよび22b並びに空隙15上に絶縁体層16(第1絶縁体層)が設けられている。感応膜18は、絶縁体層16上に設けられている。感応膜18が上面に設けられる絶縁体層16に音響インピーダンスが電極指22aおよび22bより小さいポリマー樹脂を用いることで、弾性波センサの感度が向上する。さらに、電極指22aと22bとの間に空隙15を設けることで、弾性波は、圧電基板10の表面付近と絶縁体層14および16内とを伝搬し、電極指22aおよび22b間の空隙15を伝搬しない。これにより、ヤング率が低い絶縁体層16を伝搬する弾性波が少なくなる。よって、図5(a)におけるセンサBのようにセンサAに比べ、弾性的な損失を抑制でき、ΔYが大きくなる。
According to the first embodiment and its modifications, the
圧電基板10上における電極指22aおよび22b間の一部に空隙15が設けられていればよい。隣接する電極指22aおよび22bの間には、絶縁体層14、16および感応膜18は設けられていないことが好ましい。これにより、電極指22aおよび22bの間において絶縁体層14、16および感応膜18を伝搬する弾性波がなくなり、損失を抑制できる。隣接する電極指22aおよび22bの間には、空隙15のみが設けられ、絶縁体層14、16および感応膜18等の部材は設けられていないことがより好ましい。これにより、損失をより抑制できる。
It is only necessary that a
表2は、電極指22a、22b、絶縁体層14および16に用いる可能性のある材料の密度ρ、ヤング率E、ポアソン比νおよび音響インピーダンスZaを示す表である。
表2のように、シミュレーションにおいて、電極指22aおよび22bに用いたアルミニウム(Al)の音響インピーダンスは8.37×106Pa/(m/s)であり、絶縁体層16に用いたPMMAの音響インピーダンスは1.13×106Pa/(m/s)である。感度を向上させるため、絶縁体層16の音響インピーダンスZaは、電極指22aおよび22bの音響インピーダンスより小さい。絶縁体層16の音響インピーダンスZaは、電極指22aおよび22bの音響インピーダンスの1/2倍以下が好ましく、1/5倍以下がより好ましい。絶縁体層16の音響インピーダンスは、5×106Pa/(m/s)以下が好ましく、2×106Pa/(m/s)以下がより好ましい。絶縁体層16の音響インピーダンスが小さすぎると、絶縁体層16の強度が弱くなる。この観点から、絶縁体層16の音響インピーダンスZaは、電極指22aおよび22bの音響インピーダンスの1/100倍以上が好ましい。弾性波の損失を小さくするため、絶縁体層16の厚さT3は、電極指22aおよび22bの厚さT1以下が好ましく、厚さT1の1.5倍以下がより好ましい。
As shown in Table 2, in the simulation, the acoustic impedance of aluminum (Al) used for the
絶縁体層16の音響インピーダンスを小さくすると、絶縁体層16のヤング率が小さくなる。特に、絶縁体層16として、音響インピーダンスが2×106Pa/(m・s)以下の樹脂を用いると、ヤング率は3GPa程度以下となる。図2(a)の実施例1の変形例1の弾性波センサ101のように、電極指22aおよび22b上に直接絶縁体層16を設けると、ヤング率の小さい絶縁体層16内を弾性波が伝搬するため、弾性的損失が大きくなる。
When the acoustic impedance of the
そこで、図1(a)および図1(b)の実施例1の弾性波センサ100のように、複数の電極指22aおよび22bと絶縁体層16との間に、絶縁体層16のヤング率より大きいヤング率を有する絶縁体層14(第2絶縁体層)を設ける。実施例1の弾性波センサ100(図1(b))と実施例1の変形例1の弾性波センサ101(図2(a))とにおいて、絶縁体層16の厚さを変え同じ感度とするためには、実施例1の弾性波センサ100では絶縁体層16を薄くできる。これにより、絶縁体層16内を伝搬する弾性波の割合が小さくなり、弾性的損失を抑制できる。感度を大きくするためには、絶縁体層14の厚さT2は、絶縁体層16の厚さT3の2倍以下が好ましい。弾性的損失を抑制するため、絶縁体層14の厚さT2は、絶縁体層16の厚さT3の1/2倍以上が好ましい。絶縁体層14のヤング率は絶縁体層16のヤング率の10倍以上が好ましく、20倍以上がより好ましく、50倍以上がさらに好ましい。
Therefore, as in the
図1(a)および図1(b)の実施例1の弾性波センサ100並びに図4(b)のセンサBのように、絶縁体層14および16は、複数の電極指22a、22bおよび空隙15上に連続して設けられていてもよい。
As in the
図2(b)から図3(b)の実施例1の変形例2~5の弾性波センサ102~105並びに図4(c)および図4(d)のセンサCおよびDでは、空隙15上において隣接する電極指22aおよび22b上に設けられた絶縁体層16は分離されている。これにより、絶縁体層16内を弾性波がX方向に伝搬できなくなる。よって、図5(a)のセンサCのように、弾性的損失を抑制でき、ΔYを大きくできる。
In the
分離された絶縁体層16上に連続して感応膜18が設けられていてもよいが、分離された絶縁体層16上の感応膜18は互いに分離されていることが好ましい。これにより、感応膜18内を弾性波が伝搬できなくなる。よって、弾性的損失を抑制できる。
Although the
図3(a)および図3(b)の実施例1の変形例5の弾性波センサ105並びに図4(d)のセンサDでは、X方向における絶縁体層14および16の幅W2は、電極指22aおよび22bの各々の幅W1より大きい。これにより、図5(b)および表1のように、感度を大きくできる。絶縁体層14および16の幅W2は、電極指22aおよび22bの各々の幅W1の1.1倍以上が好ましく、1.2倍以上がより好ましく、1.5倍以上がさらに好ましい。スリット28の幅G1は、電極指22aと22bとの間隔G2の1/2倍以下が好ましく、1/3倍以下がより好ましく、1/5以下がさらに好ましい。間隔G2が小さくなると、電極指22aおよび22bからはみ出した絶縁体層14および16の部分が大きくなる。これにより、振り子の錘が大きくなり、感度が向上する。
In the
[実施例1の製造方法]
実施例1の製造方法について説明する。図7(a)から図9(f)は、実施例1に係る弾性波センサの製造方法を示す断面図である。図7(a)から図7(c)、図8(a)から図8(c)および図9(a)から図9(c)は、図1(a)のギャップ領域52におけるB-B断面に相当する断面図であり、図7(d)から図7(f)、図8(d)から図8(f)および図9(d)から図9(f)は、図1(a)の領域50におけるC-C断面に相当する断面図である。
[Production method of Example 1]
The manufacturing method of Example 1 will be explained. FIGS. 7(a) to 9(f) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to the first embodiment. 7(a) to 7(c), FIG. 8(a) to FIG. 8(c), and FIG. 9(a) to FIG. 9(c) show the BB in the
図7(a)および図7(d)に示すように、圧電基板10上に例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い金属膜12を形成する。金属膜12は例えばアルミニウム膜である。例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い金属膜12をパターニングすることで、電極指22aおよび22bを含むIDT37および反射器21を形成する。圧電基板10上に電極指22aおよび22bを覆うように、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用い犠牲層38を形成する。犠牲層38は例えば酸化マグネシウム層である。犠牲層38の上面が平坦でない場合、犠牲層38の上面を例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用い平坦化する。
As shown in FIGS. 7(a) and 7(d), a
図7(b)および図7(e)に示すように、フォトリフォグラフィ法およびエッチング法を用い、電極指22aおよび22bの上面が露出するように、犠牲層38の上面に凹部41を形成する。これにより、犠牲層38の上面における孔26を形成する領域に凸部40が形成される。図1(a)における領域50においては、図7(e)のように犠牲層38の凹部41となり、電極指22aおよび22bの上面は犠牲層38の上面から露出する。
As shown in FIG. 7(b) and FIG. 7(e), a
図7(c)および図7(f)に示すように、犠牲層38上に凸部40および凹部41を覆うように絶縁体層14を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い形成する。絶縁体層14は例えば酸化シリコン層である。絶縁体層14の上面から犠牲層38の凸部40の上面が露出するように、絶縁体層14の上面を、例えばCMP法を用い研磨する。このとき、犠牲層38の凸部40の上面が確実に露出するように、犠牲層38の凸部40の上部も研磨する。これにより、犠牲層38の上面の凹部41内に絶縁体層14が埋め込まれ、絶縁体層14には犠牲層38の凸部40が貫通する孔26aが形成される。絶縁体層14の上面と犠牲層38の凸部40の上面とは平坦な平面となる。図7(f)のように、領域50では、電極指22a、22bおよび犠牲層38上に絶縁体層14が形成される。
As shown in FIGS. 7(c) and 7(f), the insulating
図8(a)および図8(d)に示すように、絶縁体層14の上面および犠牲層38の凸部40の上面に絶縁体層16を形成する。絶縁体層16が樹脂の場合、絶縁体層14および犠牲層38の上面に樹脂を含む溶液をスピンコートし、その後キュアすることで、絶縁体層16が形成される。絶縁体層16は例えばPMMA層である。絶縁体層16上にマスク層17を、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用いて形成する。マスク層17は例えばクロム膜等の金属層であり、絶縁体層16をエッチングするときのマスクとして機能する。
As shown in FIGS. 8(a) and 8(d), the insulating
図8(b)および図8(e)に示すように、マスク層17上にマスク層42を形成する。マスク層42は例えばフォトレジストであり、フォトリソグラフィ法を用い形成する。マスク層42は、孔26aと重なる開口43を有する。開口43の幅W4は孔26aの幅W3より大きい。図8(e)に示すように、領域50におけるマスク層42には開口は形成されていない。
As shown in FIGS. 8(b) and 8(e), a
図8(c)および図8(f)に示すように、マスク層42をマスクにマスク層17および絶縁体層16をエッチングする。マスク層17および絶縁体層16のエッチングには例えばイオンミリング法を用いる。これにより、開口43により画定されマスク層17および絶縁体層16を貫通する孔26bが形成される。犠牲層38の上面が孔26b内に露出するように、マスク層17および絶縁体層16をオーバエッチングする。孔26aと26bとは連通しており、孔26を形成する。図8(f)のように、領域50において絶縁体層16およびマスク層17には孔26bは形成されていない。図8(c)および図8(f)において、マスク層17を除去してもよい。
As shown in FIGS. 8(c) and 8(f), the
図9(a)および図9(d)に示すように、マスク層42を除去する。図9(b)および図9(e)に示すように、矢印44のように孔26bおよび26aを介し、エッチング液を導入する。エッチング液により犠牲層38がエッチングされ、除去される。図9(e)のように、電極指22aと22bとの間の犠牲層38が除去され、電極指22aと22bとの間に空隙15が形成される。エッチング液には例えば硝酸または酢酸を用いる。硝酸は、酸化マグネシウムをエッチングするが、PMMA、酸化シリコンおよびアルミニウムをエッチングしない。よって、エッチング液として硝酸を用いることで電極指22a、22b、絶縁体層14および16を腐食せず犠牲層38を除去できる。エッチング液は酢酸でもよい。酢酸は、PMMAおよびアルミニウムを若干腐食することもある。よって、エッチング液には硝酸が好ましい。
As shown in FIGS. 9(a) and 9(d), the
図9(c)および図9(f)に示すように、領域50におけるマスク層17上に感応膜18を形成する。感応膜18の最下層が金層の場合には、マスク層17は、金層と絶縁体層16との密着層としても機能する。感応膜18の形成は犠牲層38を除去する工程の前に行ってもよい。
As shown in FIGS. 9(c) and 9(f), a
実施例1の製造方法では、図7(a)および図7(d)のように、圧電基板10上に複数の電極指22aおよび22bと、複数の電極指22aおよび22b間に犠牲層38を形成する。図7(c)および図7(f)のように、複数の電極指22a、22bおよび犠牲層38上に絶縁体層14を形成する。図9(c)および図9(f)のように、絶縁体層16上に感応膜18を形成する。図7(c)のように、絶縁体層14に孔26aを形成し、図8(c)のように、絶縁体層16に孔26bを形成する。これにより、圧電基板10における弾性波が伝搬する領域50の複数の電極指22aおよび22bの延伸する方向における外側(ギャップ領域52)において、絶縁体層14および16を貫通し犠牲層38と接する孔26が形成される。図9(b)および図9(e)のように、孔26を介し犠牲層38を除去するエッチング液を導入することで、圧電基板10と絶縁体層14および16との間の複数の電極指22aおよび22b間に空隙15を形成する。
In the manufacturing method of Example 1, as shown in FIGS. 7(a) and 7(d), a plurality of
孔26は、ギャップ領域52でなく、領域50の電極指22aと22bとの間に設けられていてもよい。電極指22aと22bとの間の絶縁体層14および16に孔26が設けられると、絶縁体層14および16をX方向に伝搬する弾性波が減少するため、弾性波の損失を抑制できる。しかし、孔26が領域50に設けられると、感応膜18を形成するときに、感応膜18が孔26から空隙15内に侵入することがある。これにより、弾性波の損失が大きくなる可能性がある。よって、孔26は、領域50の外側に設けることが好ましい。孔26からエッチング液を導入するときに、2つ以上の孔26を設けないと、空隙15から空気が逃げにくくなり、エッチング液が空隙15に侵入しにくくなる。よって、一対の電極指22aと22bあたり2個以上の孔26を設けることが好ましい。また、領域50の外側にも弾性波による変位が存在する。このため、孔26をギャップ領域52に設けた場合でも、伝搬する弾性波が減少し、弾性波の損失を低減することができる。
The
[実施例1の変形例6の製造方法]
図10(a)から図10(d)は、実施例1の変形例6に係る弾性波センサの製造方法を示す断面図である。図10(a)から図10(c)は、図1(a)におけるB-B断面に相当する断面図であり、図10(d)は、図1(a)におけるC-C断面に相当する断面図である。
[Manufacturing method of modification 6 of example 1]
10(a) to 10(d) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an elastic wave sensor according to a sixth modification of the first embodiment. 10(a) to 10(c) are cross-sectional views corresponding to the BB cross-section in FIG. 1(a), and FIG. 10(d) is a cross-sectional view corresponding to the CC cross-section in FIG. 1(a). FIG.
図10(a)に示すように、孔26において絶縁体層14に形成された孔26aと絶縁体層16に形成された孔26bの幅はほぼ同じでもよい。
As shown in FIG. 10(a), the widths of the
実施例1の変形例6の問題点について説明する。図10(b)は、実施例1の図9(a)に相当する図である。図10(b)に示すように、絶縁体層16の孔26bは、絶縁体層14の孔26aに対し、矢印45のように合わせがずれている。これにより、孔26aの一部が絶縁体層16により塞がれてしまう。
The problems of the sixth modification of the first embodiment will be explained. FIG. 10(b) is a diagram corresponding to FIG. 9(a) of the first embodiment. As shown in FIG. 10(b), the
図10(c)および図10(d)は、実施例1の図9(b)および図9(e)に相当する図である。図10(c)に示すように、孔26bが孔26aに対しシフトしていると、孔26の幅が狭くなってしまう。破線矢印46のように、孔26を介しエッチング液を導入するときに、エッチング液が十分に導入されない。これにより、図10(d)のように、領域50において、電極指22aと22bとの間にエッチング液が十分に浸透せず、犠牲層38が残存してしまう可能性がある。
FIG. 10(c) and FIG. 10(d) are diagrams corresponding to FIG. 9(b) and FIG. 9(e) of Example 1. As shown in FIG. 10(c), if the
実施例1の製造方法では、図9(a)および図9(b)のように、絶縁体層16を貫通する孔26bの径が絶縁体層14を貫通する孔26aの径より大きくなるように、絶縁体層14および16を貫通する孔26を形成する。これにより、絶縁体層16の孔26bが絶縁体層14の孔26aとずれて形成された場合にも、絶縁体層16が孔26aを塞ぐことを抑制できる。よって、犠牲層38の残存を抑制することができる。孔26bの径は孔26aの径の1.1倍以上が好ましい。
In the manufacturing method of Example 1, as shown in FIGS. 9(a) and 9(b), the diameter of the
[実施例1の変形例7]
図11は、実施例1の変形例7に係る弾性波センサの断面図である。図11に示すように、電極指22aと22bのとの間における絶縁体層14の空隙15側の面56はアーチ状となっている。絶縁体層14が電極指22aおよび22bの端部に接する箇所における空隙15の高さをH1とし、X方向における電極指22aと22bとの中点の空隙15の高さをH2とすると、高さH2はH1より大きい。これにより、空隙15の体積が大きくなることで、弾性波の損失を抑制できる。さらに、アーチ状の形状は上からの応力に対し強度が大きい。このため、絶縁体層14および16が微小に振動しても絶縁体層14が潰れることを抑制できる。高さH2は高さH1の1.1倍以上かつ2倍以下が好ましい。
[Modification 7 of Example 1]
FIG. 11 is a cross-sectional view of an elastic wave sensor according to Modification Example 7 of Example 1. As shown in FIG. 11, the
実施例2として、弾性波が伝搬する伝搬路を採用した遅延線型の弾性波センサの例を説明する。図12(a)は、実施例2に係る弾性波センサの平面図、図12(b)は、図12(a)のA-A断面図である。図12(a)は、IDT20a、20b、パッド25a~25d、絶縁体層14、16、感応膜18、金属層30および孔26を主に図示し、感応膜18を太破線で示し、IDT20a、20b、パッド25a~25dおよび金属層30をクロスハッチングで示している。
As a second embodiment, an example of a delay line type elastic wave sensor that employs a propagation path through which elastic waves propagate will be described. FIG. 12(a) is a plan view of the elastic wave sensor according to Example 2, and FIG. 12(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 12(a). FIG. 12A mainly shows the
図12(a)および図12(b)に示すように、弾性波センサ108では、圧電基板10上にIDT20aおよび20bが設けられている。IDT20aと20bとは離間している。IDT20aにおいて電極指22aと22bとが交互に設けられた領域50と、IDT20bにおいて電極指22aと22bとが交互に設けられた領域50との間の領域は、弾性波が伝搬する伝搬路54である。
As shown in FIGS. 12(a) and 12(b), in the
IDT20aのバスバー23aおよび23bはパッド25aおよび25bにそれぞれ電気的に接続され、IDT20bのバスバー23aおよび23bはパッド25cおよび25dにそれぞれ電気的に接続されている。
Bus bars 23a and 23b of
IDT20aと20bとの間における圧電基板10上に金属層30が設けられている。金属層30は、複数の電極指32と一対のバスバー33を備えている。電極指32は、伝搬路54において、Y方向に延伸し、X方向に配列する。一対のバスバー33は、伝搬路54のY方向における外側に設けられている。電極指32は、+Y端において一方のバスバー33に接続され、-Y端において他方のバスバー33に接続される。+Y側のバスバー33は、IDT20bのバスバー23aに接続されている。-Y側のバスバー33は、IDT20aのバスバー23bに接続されている。
A
電極指32は、伝搬路54における電気的感度を抑制するための電界短絡用に設けられている。IDT20aにおける電極指22aおよび22bのピッチPaとIDT20bにおける電極指22aおよび22bのピッチPbとはほぼ等しい。電極指32のピッチPcがピッチPaおよびPbと等しい場合、電極指32は、IDT20aが励振した弾性波を反射してしまう。このため、ピッチPcはピッチPaおよびPbとは異なることが好ましく、ピッチPcは、ピッチPaおよびPbの1/2倍以下または2倍以上が好ましい。
The
IDT20aおよび20bの電極指22aと22bとの間は空隙15である。電極指22a、22bおよび空隙15上に絶縁体層14および16が設けられている。金属層30の電極指32との間は空隙15である。電極指32および空隙15上に絶縁体層14および16が設けられている。伝搬路54における絶縁体層16上に感応膜18が設けられている。
There is a
IDT20aおよび20bにおいて、電極指22aの先端とバスバー23bとの間のギャップ領域52、および電極指22bの先端とバスバー23aとの間のギャップ領域52の絶縁体層14および16に孔26が設けられている。金属層30における伝搬路54とバスバー33との間の電極指32の間の絶縁体層14および16に孔26が設けられている。孔26は、実施例1と同様に犠牲層を除去するためも孔である。
In the
圧電基板10、金属膜12、絶縁体層14、16および感応膜の材料等は実施例1と同じである。
The materials of the
[実施例2の変形例1]
図13(a)は、実施例2の変形例1に係る弾性波センサ109の断面図である。図13(a)に示すように、絶縁体層14および16は、電極指22a、22bおよび32上にのみ設けられ、空隙15上に絶縁体層14および16は設けられていない。感応膜18は、電極指22aおよび22b上にのみ設けられ、空隙15上に感応膜18は設けられていない。図4(c)のセンサCと同様に、伝搬路54において、電極指32のX方向の幅と絶縁体層14および16のX方向の幅は同じである。IDT20aおよび20bにおいて、電極指22aおよび22bのX方向の幅と絶縁体層14および16のX方向の幅は同じである。その他の構成は実施例2と同じであり、説明を省略する。
[
FIG. 13(a) is a cross-sectional view of an
[実施例2の変形例2]
図13(b)は、実施例2の変形例2に係る弾性波センサ110の断面図である。図13(b)に示すように、IDT20aおよび20bにおいて、電極指22aと22bとの間における絶縁体層14および16にスリット28が設けられている。伝搬路54において、電極指32の間における絶縁体層14および16にスリット28が設けられている。スリット28は絶縁体層14および16を貫通し空隙15とつながっている。図4(d)のセンサDと同様に、伝搬路54において、スリット28のX方向の幅は電極指32のX方向の間の空隙15の幅より小さい。IDT20aおよび20bにおいて、スリット28のX方向の幅は電極指22aおよび22bとの間の空隙15のX方向の幅より小さい。スリット28の幅は孔26の幅より小さい。その他の構成は実施例2と同じであり、説明を省略する。
[
FIG. 13(b) is a cross-sectional view of an
実施例2およびその変形例によれば、圧電基板10上におけるIDT20a(一対の第1櫛型電極)とIDT20b(一対の第1櫛型電極)との間に、X方向に配列する複数の電極指32が設けられ、圧電基板10における隣接する電極指32間は空隙15である。複数の電極指32上に、絶縁体層16が設けられ、絶縁体層16上に感応膜18が設けられている。
According to the second embodiment and its modifications, a plurality of electrodes are arranged in the X direction between the
圧電基板10上における複数の電極指32間の一部に空隙15が設けられていればよい。隣接する電極指32の間には、絶縁体層14、16および感応膜18は設けられていないことが好ましい。これにより、損失を抑制できる。さらに、隣接する電極指32の間には、空隙15のみが設けられ、絶縁体層14、16および感応膜18等の部材は設けられていないことがより好ましい。これにより、損失をより抑制できる。
It is only necessary that a
パッド25bとパッド25cにグランド電位を供給し、グランド電位のパッド25bに対しパッド25aに高周波信号を加えると、IDT20aは圧電基板10の表面付近に弾性波を励振する。弾性波は伝搬路54における圧電基板10の表面付近を伝搬しIDT20bに達する。IDT20bでは、弾性波により、グランド電位のパッド25cに対しパッド25bに高周波信号が出力される。
When a ground potential is supplied to the
特定物質または抗原等の特定の濃度が変化するなど環境が変化し、感応膜18の質量が変化すると、伝搬路54に付加される質量が変化し、伝搬路54を伝搬する弾性波の速度が変化する。IDT20aに入力した高周波信号と、IDT20bに出力される高周波信号と、の位相差が変化する。この位相差の変化に基づき、特定物質または抗原等の特定の物体の濃度等の環境の変化を検出できる。
When the environment changes, such as when the concentration of a specific substance or antigen changes, and the mass of the
実施例1およびその変形例と同様に、絶縁体層16の音響インピーダンスを複数の電極指32の音響インピーダンスより小さくすることで、弾性波センサの感度を向上できる。複数の電極指22cと絶縁体層16との間に、絶縁体層16のヤング率よりヤング率の大きい絶縁体層14を設けることで、弾性的損失を抑制できる。空隙15上において隣接する電極指22c上に設けられた絶縁体層16を分離することで、損失を抑制できる。X方向において、絶縁体層16の幅を電極指22cの幅より大きくすることで感度を向上できる。
Similarly to the first embodiment and its modifications, the sensitivity of the elastic wave sensor can be improved by making the acoustic impedance of the
実施例3として、弾性波が伝搬する伝搬路を採用した遅延線型の弾性波センサの別の例を説明する。図14(a)は、実施例3に係る弾性波センサの平面図、図14(b)は、図14(a)のA-A断面図である。図14(a)は、IDT20a、20b、パッド25a~25d、絶縁体層14、16、感応膜18、金属層30aおよび孔26を主に図示し、感応膜18を太破線で示し、IDT20a、20b、パッド25a~25dおよび金属層30aをクロスハッチングで示している。
As Example 3, another example of a delay line type elastic wave sensor that employs a propagation path through which elastic waves propagate will be described. FIG. 14(a) is a plan view of an elastic wave sensor according to Example 3, and FIG. 14(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 14(a). FIG. 14A mainly shows the
図14(a)および図14(b)に示すように、弾性波センサ111では、金属層30aはベタ膜あり、伝搬路54に電極指は設けられていない。金属層30a上に、Y方向に延伸し、X方向に配列する複数の絶縁体指19が設けられている。絶縁体指19は、金属層30a上に設けられた絶縁体層14と絶縁体層14上に設けられた絶縁体層16とを備えている。金属層30a上における隣接する絶縁体指19間は空隙15である。複数の絶縁体指19上にのみ感応膜18が設けられている。
As shown in FIGS. 14(a) and 14(b), in the
金属層30aは、伝搬路54における電気的感度を抑制するための電界短絡用に設けられている。絶縁体指19のピッチPcは、IDT20aにおけるピッチPaおよびIDT20bにおけるピッチPbとほぼ等しくてもよいし、異なっていてもよい。その他の構成は実施例2と同じであり説明を省略する。
The
実施例3に係る弾性波センサにおいても、特定物質または抗原等の特定の物質の濃度が変化するなど環境が変化し、感応膜18の質量が変化すると、伝搬路54に付加される質量が変化し、伝搬路54を伝搬する弾性波の速度が変化する。よって、伝搬路54を伝搬する弾性波の位相差の変化に基づき、特定物質または抗原等の特定の物体の濃度等の環境の変化を検出できる。
In the acoustic wave sensor according to the third embodiment, when the environment changes such as the concentration of a specific substance or a specific substance such as an antigen changes, and the mass of the
実施例2およびその変形例と同様に、絶縁体層16を設けることで、弾性波センサの感度を向上できる。金属層30a上における隣接する絶縁体指19間を空隙15とすることで、弾性波は絶縁体層16を伝搬できなくなる。よって、弾性的損失を抑制できる。金属層30aと絶縁体層16との間に、絶縁体層16のヤング率よりヤング率の大きい絶縁体層14を設けることで、弾性的損失を抑制できる。
Similarly to Example 2 and its modifications, by providing the insulating
圧電基板10上における複数の絶縁体指19間の一部に空隙15が設けられていればよい。隣接する絶縁体指19の間には、絶縁体層14、16および感応膜18は設けられていないことが好ましい。これにより、損失を抑制できる。さらに、隣接する絶縁体指19の間には、空隙15のみが設けられ、絶縁体層14、16および感応膜18等の部材は設けられていないことがより好ましい。これにより、損失をより抑制できる。
It is only necessary that a
実施例4は、実施例1およびその変形例を用いた検出システムの例である。図15(a)は、実施例4に係る検出システム112のブロック図である。図15(a)に示すように、実施例4の検出システム112では、発振回路62は弾性波センサ60を有する。弾性波センサ60は、実施例1およびその変形例における弾性表面波共振器である。発振回路62は、弾性表面波共振器の共振周波数に対応する発振周波数を有する発振信号を出力する。発振周波数は共振周波数と同じでなくともよく、共振周波数の変化に基づき発振周波数が変化すればよい。つまり、発振回路62は環境の変化に対応して変化する発振周波数を有する発振信号を出力する。検出器64は、測定器66および算出器68を備えている。測定器66は、発振回路62が出力する発振信号の周波数を測定する。算出器68は、測定器66が測定した発振信号の周波数の変化量に基づき、特定物質または抗原を検出する。前述した通り、特定物質または抗原等の特定の物体が感応膜18に吸着または結合すると、感応膜18の質量が変化する。このため、発振信号の周波数が変化するので、この変化量に基づき、特定物質または抗原を検出できる。
Example 4 is an example of a detection system using Example 1 and its modification. FIG. 15(a) is a block diagram of the
[実施例4の変形例1]
実施例4の変形例1は、実施例2、3およびその変形例を用いた検出システムの例である。図15(b)は、実施例4の変形例1に係る検出システム114のブロック図である。図15(b)に示すように、実施例4の変形例1の検出システム114では、送信器71は、実施例2、3およびその変形例の弾性波センサ70のIDT20aに高周波信号を送信する。受信器72は、弾性波センサ70のIDT20bから高周波信号を受信する。検出器74は測定器76および算出器78を備えている。測定器76は、送信器71が送信した高周波信号と受信器72が受信した高周波信号との位相差を測定する。算出器78は、測定器76が測定した位相差の変化量に基づき、特定物質または抗原を検出する。
[
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.
10 圧電基板
12 金属膜
14、16 絶縁体層
15 空隙
17、42 マスク層
18 感応膜
19 絶縁体指
20、20a、20b IDT
21 反射器
22a~22c、32 電極指
23a、23b、33 バスバー
24a、24b 櫛型電極
25a~25d パッド
26、26a、26b 孔
28 スリット
30、30a 金属層
38 犠牲層
40 凸部
41 凹部
50 領域
52 ギャップ領域
54 伝搬路
60、70 弾性波センサ
62 発振回路
64、74 検出器
10
21 Reflector 22a to 22c, 32
Claims (19)
前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を有し、前記圧電基板上における隣接する電極指間は空隙である一対の櫛型電極と、
前記複数の電極指上に設けられた第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層上に設けられた感応膜と、
を備える弾性波センサ。 a piezoelectric substrate;
a pair of comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate, having a plurality of electrode fingers, and having a gap between adjacent electrode fingers on the piezoelectric substrate;
a first insulator layer provided on the plurality of electrode fingers;
a sensitive film provided on the first insulator layer;
An elastic wave sensor equipped with
前記共振器の前記共振周波数の変化に基づき、前記環境の変化を検出する検出器と、
を備える請求項1に記載の弾性波センサ。 a resonator comprising the piezoelectric substrate, the pair of comb-shaped electrodes, and the sensitive film, and whose resonant frequency changes with changes in the environment;
a detector that detects a change in the environment based on a change in the resonant frequency of the resonator;
The elastic wave sensor according to claim 1, comprising:
前記圧電基板上に設けられた一対の第1櫛型電極と、
前記圧電基板上に設けられた一対の第2櫛型電極と、
前記圧電基板上における前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との間に設けられ、前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との配列方向に配列し、前記圧電基板上における隣接する電極指間は空隙である複数の電極指と、
前記複数の電極指上に設けられた第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層上に設けられた感応膜と、
を備え、
前記隣接する電極指の間には、前記第1絶縁体層および前記感応膜は設けられていない弾性波センサ。 a piezoelectric substrate;
a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate;
a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate;
provided between the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes on the piezoelectric substrate, and an arrangement direction of the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes; a plurality of electrode fingers arranged on the piezoelectric substrate, with gaps between adjacent electrode fingers on the piezoelectric substrate;
a first insulator layer provided on the plurality of electrode fingers;
a sensitive film provided on the first insulator layer;
Equipped with
An acoustic wave sensor in which the first insulator layer and the sensitive film are not provided between the adjacent electrode fingers.
前記第1絶縁体層における前記孔の径は前記第2絶縁体層における前記孔の径より大きい請求項12に記載の弾性波センサ。 a second insulator layer provided continuously between the plurality of electrode fingers and the voids and the first insulator layer, and in which the hole is provided in communication;
The acoustic wave sensor according to claim 12, wherein the diameter of the hole in the first insulator layer is larger than the diameter of the hole in the second insulator layer.
前記圧電基板上に設けられた一対の第1櫛型電極と、
前記圧電基板上に設けられた一対の第2櫛型電極と、
前記圧電基板上における前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との間に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられ、前記一対の第1櫛型電極と前記一対の第2櫛型電極との配列方向に配列し、前記金属層上における隣接する絶縁体指間は空隙である複数の絶縁体指と、
前記複数の絶縁体指上に設けられた感応膜と、
を備える弾性波センサ。 a piezoelectric substrate;
a pair of first comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate;
a pair of second comb-shaped electrodes provided on the piezoelectric substrate;
a metal layer provided between the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes on the piezoelectric substrate;
A plurality of insulator fingers provided on the metal layer, arranged in the arrangement direction of the pair of first comb-shaped electrodes and the pair of second comb-shaped electrodes, and having gaps between adjacent insulator fingers on the metal layer. Insulator fingers;
a sensitive film provided on the plurality of insulator fingers;
An elastic wave sensor equipped with
前記複数の電極指および前記犠牲層上に第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層上に感応膜を形成する工程と、
前記第1絶縁体層を貫通し前記犠牲層と接する孔を形成する工程と、
前記孔を介し前記犠牲層を除去するエッチング液を導入することで、前記圧電基板と前記第1絶縁体層との間の複数の電極指間に空隙を形成する工程と、
を含む弾性波センサの製造方法。 forming a plurality of electrode fingers and a sacrificial layer between the plurality of electrode fingers on the piezoelectric substrate;
forming a first insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer;
forming a sensitive film on the first insulator layer;
forming a hole that penetrates the first insulator layer and contacts the sacrificial layer;
forming a gap between the plurality of electrode fingers between the piezoelectric substrate and the first insulator layer by introducing an etching solution for removing the sacrificial layer through the hole;
A method of manufacturing an elastic wave sensor including:
前記第1絶縁体層を形成する工程は、前記第2絶縁体層上に前記第1絶縁体層を形成する工程を含み、
前記孔を形成する工程は、前記第1絶縁体層を貫通する孔の径が前記第2絶縁体層を貫通する孔の径より大きくなるように、前記第1絶縁体層および前記第2絶縁体層を貫通する前記孔を形成する工程を含む請求項17に記載の弾性波センサの製造方法。 forming a second insulator layer on the plurality of electrode fingers and the sacrificial layer,
The step of forming the first insulator layer includes the step of forming the first insulator layer on the second insulator layer,
The step of forming the hole includes forming the first insulator layer and the second insulator layer such that the diameter of the hole penetrating the first insulator layer is larger than the diameter of the hole penetrating the second insulator layer. The method for manufacturing an acoustic wave sensor according to claim 17, comprising the step of forming the hole that penetrates a body layer.
The acoustic wave sensor according to claim 17 or 18, wherein the step of forming the hole includes the step of forming the hole outside a region in the piezoelectric substrate in which elastic waves propagate in a direction in which the plurality of electrode fingers extend. manufacturing method.
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