[發明專利]一種面向無線傳感的微型圓盤諧振器及其加工方法

有效

• 申請號: 202110366631.5
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113098418B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 涂程;李飛龍;陳劍南;李良原;魏玉淼;張曉升
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了一種面向無線傳感的微型圓盤諧振器及其加工方法，本發明的微型圓盤諧振器包括SOI基底，以及集成在SOI基底上的平面螺旋電感和圓盤諧振體；所述圓盤諧振體與平面螺旋電感耦合連接，使得所述圓盤諧振體的頻率信息通過互感效應輸出到外部檢測電路，實現無線傳輸。本發明通過在同一硅片上集成平面螺旋電感與圓盤型壓電諧振器，使得圓盤諧振器的頻率信息通過互感效應輸出到外部檢測電路，通過外部電路無線讀取圓盤諧振器的頻率信息的變化來實現監測被測物質量的目的，進而實現該器件無線傳感的目的。

技術領域

本發明屬于射頻微機電技術領域，具體涉及一種面向無線傳感的微型圓盤諧振器及其加工方法。

背景技術

基于壓電效應的微型諧振傳感器，包括薄膜體聲波諧振器(Thin-Film BulkAcoustic Wave Resonator,FBAR)和蘭姆波諧振器(Lamb Wave Resonator,LWR)，已被廣泛研究并應用于化學傳感器(例如天然氣測量)，生物傳感器(例如病毒檢測)，壓力傳感器(例如天然氣壓力傳感)，以及食品安全監測傳感器(例如用于監控葡萄酒生產過程中的發酵過程)。另外，由于微型壓電諧振器對附著質量的高度敏感性，它們可用于需要極高分辨率的醫學檢測傳感器，例如檢測蛋白質結合和DNA測序。微型壓電諧振器有許多獨特的優點，如較小的尺寸(微米至毫米級別)、制造工藝與COMS(Complementary Metal OxideSemiconductor)電路加工工藝兼容、功耗低、對附著在諧振器上的被測物的質量非常敏感。另外，微型壓電諧振傳感器的輸出信號為擁有特定頻率的信號。該頻率的大小受到附著在諧振器上的被測物質量的影響。與輸出擁有特定幅度的信號相比，輸出擁有特定頻率的方式使得諧振傳感器的抗干擾能力更強，分辨率更高。同時，輸出的頻率信號易于數字電路處理，大幅降低了外圍電路設計的難度。與FBAR和LWR等采用矩形形狀的壓電諧振器相比，圓盤型壓電諧振器在HF頻段(3-30MHz)工作時有著顯著的優勢。在相同性能水平的前提下，圓盤型諧振器的尺寸要遠小于矩形諧振器的尺寸。這一特點使得圓盤型諧振器更適合用作微型傳感器。

目前，大多數微型諧振傳感器都是通過導線進行電氣連接。在一些特殊應用場合，如需要植入人體的生物醫學傳感和分布式網絡傳感等應用領域，使用通過導線連接的傳感器往往帶來許多問題，使得傳感器的設計和加工方案變得十分復雜。因此，設計針對微型壓電諧振器的無線傳感方案擁有重要意義。另外，在賦予壓電諧振傳感器無線傳感功能的同時，保證器件的微型尺寸也是一個設計難點。

發明內容

為了解決現有微型諧振傳感器技術中存在的問題，本發明提供了一種面向無線傳感的微型圓盤諧振器。本發明通過在同一硅片上集成平面螺旋電感與圓盤型壓電諧振器，使得圓盤諧振器的頻率信息通過互感效應傳輸到外部檢測電路，實現無線傳感的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

一種面向無線傳感的微型圓盤諧振器，包括SOI基底，以及集成在SOI基底上的平面螺旋電感和圓盤諧振體；

所述圓盤諧振體與平面螺旋電感耦合連接，使得所述圓盤諧振體的頻率信息通過互感效應輸出到外部檢測電路，實現無線傳輸。

優選的，本發明的圓盤諧振體懸空放置于所述SOI基底頂端中心，所述平面螺旋電感設置于所述SOI基底頂端邊緣。

優選的，本發明的圓盤諧振體包括輸入/輸出金屬電極、接地金屬電極以及位于所述輸入/輸出金屬電極和接地金屬電極下面的壓電薄膜；

所述輸入/輸出金屬電極由兩片扇形金屬電極通過金屬引線電氣連接，并通過金屬引線與輸入/輸出金屬電極盤電氣連接而成；

所述接地金屬電極由兩片扇形金屬電極通過弧形金屬引線電氣連接，并通過金屬引線與接地電極盤電氣連接而成；

所述圓盤諧振體通過輸入/輸出金屬電極盤與所述平面螺旋電感的輸入金屬電感電極盤電氣連接；