CN108474765A - 具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应的声谐振器 - Google Patents

具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应的声谐振器 Download PDF

Info

Publication number
CN108474765A
CN108474765A CN201680079594.7A CN201680079594A CN108474765A CN 108474765 A CN108474765 A CN 108474765A CN 201680079594 A CN201680079594 A CN 201680079594A CN 108474765 A CN108474765 A CN 108474765A
Authority
CN
China
Prior art keywords
effective district
piezoelectric material
side electrode
part
material
Prior art date
Application number
CN201680079594.7A
Other languages
English (en)
Inventor
J.贝尔西克
R.莫顿
Original Assignee
Qorvo美国公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US201562257954P priority Critical
Priority to US62/257954 priority
Application filed by Qorvo美国公司 filed Critical Qorvo美国公司
Priority to PCT/US2016/063008 priority patent/WO2017087929A1/en
Publication of CN108474765A publication Critical patent/CN108474765A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/022Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/036Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/32Arrangements for suppressing undesired influences, e.g. temperature or pressure variations, compensating for signal noise
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • G01N33/5438Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezo-electric or electrostrictive materials
    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/175Acoustic mirrors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025Change of phase or condition
    • G01N2291/0255(Bio)chemical reactions, e.g. on biosensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025Change of phase or condition
    • G01N2291/0256Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0422Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0423Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves
    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H2009/155Constructional features of resonators consisting of piezo-electric or electrostrictive material using MEMS techniques

Abstract

本公开提供一种具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应的声谐振器。更具体地,本公开提供一种固态装配型BAW谐振器器件,其具有被带有减小的压电材料厚度的无效区横向包围的压电材料的有效区,使得至少沿着有效区的边界的无效区的上部部分没有压电材料。谐振器器件提供沿着有效区的压电材料的相对横向边缘的不连续性以减小在剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。增加压电材料的有效区的机械隔离降低对有效区的横向振动的机械阻尼,这增强对于准剪切模式感测的剪切模式响应。

Description

具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应 的声谐振器

[0001]相关申请的声明 本申请要求2015年11月2〇日提交的临时专利申请序列号62/257,%4的权益,其公开据 此通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

[0002]本公开涉及谐振器结构,并且特别地涉及具有减小的机械约束的体声波谐振器结 构,诸如可以被有用地并入适合于生物感测或生物化学感测应用的流体器件和相关系统 中。

背景技术

[0003] 生物传感器(或生物学传感器)是一种包括生物学元件和将生物学响应转换成电 气信号的换能器的分析器件。某些生物传感器牵涉在特异性结合材料(例如,抗体、受体、配 体等)与目标物种(例如,分子、蛋白质、DNA、病毒、细菌等)之间的选择性生物化学反应,并 且这种高度特异性的反应的产物被换能器转换成可测量的量。其他传感器可以利用非特异 性结合材料,其能够结合可能存在于样本中的多个类型或种类的分子或其他部分,诸如在 化学感测应用中可能是有用的。在本文中可以使用术语“功能化材料”来一般地与特异性和 非特异性结合材料两者有关。与生物传感器一起使用的转换方法可以基于各种原理,诸如 电化学、光学、电学、声学等等。在这些之中,声转换提供了许多潜在的优点,诸如是实时的、 无标记的且低成本的并且展现高灵敏度。

[0004] 声波器件采用穿过功能化(例如,特异性结合)材料或者在功能化材料的表面上传 播的声波,由此传播路径的特性的任何改变都影响波的速度和/或幅度。功能化材料在声波 器件的有效区上或者上面的存在允许分析物与功能化材料结合,由此更改被声波振动的质 量并且更改波传播特性(例如,速度,由此更改谐振频率)。速度的改变能够通过测量声波器 件的频率、幅度大小或相位特性来监测,并且能够与被测量的物理量相关。

[0005] 在压电晶体谐振器的情况下,声波可以包括有穿过压电材料的内部传播的体声波 (BAW)或在压电材料的表面上传播的表面声波(SAW)。SAW器件牵涉利用叉指换能器的沿着 压电材料的表面的声波(通常包括二维瑞雷(Rayleigh)波)的转换,其中波被约束到大约一 个波长的穿透深度。由于需要提供适合于促进高频操作的微型特征,所以通常通过微机电 系统(MEMS)制造技术来制造BAW器件。BAW器件通常牵涉使用布置在压电材料的相对顶表面 和底表面上的电极的对声波的转换。在BAW器件中,能够传播三个波模式,g卩:一个纵向模式 (包括有纵向波,也称为压缩/扩张波)以及两个剪切模式(包括有剪切波,也称为横向波), 其中纵向和剪切模式分别标识其中粒子运动与波传播方向平行或垂直的振动。纵向模式通 过在传播方向上的压缩和伸长来表征,而剪切模式包括在没有局部体积改变的情况下与传 播方向垂直的运动。纵向模式和剪切模式以不同的速度传播。在实践中,这些模式未必是纯 净的模式,因为粒子振动或偏振既不是纯粹与传播方向平行又不是纯粹与传播方向垂直。 相应模式的传播特性取决于材料性质以及与晶轴取向相应的传播方向。用来创建剪切位移 的能力有益于声波器件在流体(例如,液体)情况下的操作,因为剪切波不向流体中给予大 量能量。

[0006]某些压电薄膜能够激发纵向和剪切模式响应二者,诸如六方晶体结构压电材料, 其包括(但不限于)氮化铝(A1N)和氧化锌(ZnO)。为了使用布置在电极之间的压电材料激发 包括剪切模式的波,压电薄膜中的偏振轴一般必须与膜平面不垂直(例如,相对于膜平面倾 斜)。在牵涉液体媒介的生物学感测应用中,使用谐振器的剪切分量。在这样的应用中,可以 利用相对于下伏(underlying)基板的面不垂直的c轴取向分布来生长压电材料以使BAW谐 振器结构能够在其电极两端施加交流信号时展现主导的剪切响应。

[0007]制造BAW谐振器器件可以牵涉在基板上面沉积声反射器,然后沉积底侧电极,然后 生长压电材料(例如,经由溅射或其他适当的方法),然后沉积顶侧电极。压电材料的生长能 够通过化学气相沉积(CVD)、反应RF磁控溅射(例如,在氮气气体环境中的A1离子)等。这些 技术能够形成均匀厚的层(例如,经由漉射的压电材料),尽管取决于下伏材料沉积表面的 形貌,一些层可能具有不同高度的部分。例如,底侧电极可能没有覆盖下伏声反射器的全 部,使得包括在基板上面的前述层的材料沉积表面可以包括相对于声反射器的顶表面轻微 凸起的底侧电极材料。在材料沉积表面上面施加均匀厚的压电材料时,定位在底侧电极上 面的压电材料的部分将相对于没有覆在底侧电极上面的压电材料的其他部分凸起。

[0008]基于压电材料是由布置在形成有效区的压电材料上面和下面的电极的尺寸限定 的无限板的假设,确定固态装配型谐振器(SMR)类型BAW器件中的振动模式。在有效区之外, 由于毗邻有效区的外围的压电材料的存在,BAW谐振器器件在横向方向上被机械夹紧(例 如,机械上限制自由移动)。对于利用混合纵向模式和剪切模式振动的BAW谐振器器件,这种 机械夹紧具有使在压电材料的平面中的期望剪切模式响应降级的潜力。特别地,这样的机 械夹紧倾向于阻尼有效区的剪切模式振动(例如,剪切模式响应、剪切位移等),由此限制 BAW谐振器器件的检测灵敏度和性能。

[0009]因此,存在对于改进的声波器件的需要,该改进的声波器件能够实现增强的剪切 模式振动,诸如用于生物感测或生物化学感测应用,其克服与常规器件相关联的限制。

发明内容

[0010]本公开提供了一种具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应 的声谐振器。更具体地,本公开提供一种固态装配型BAW谐振器器件,其具有被带有减小的 压电材料厚度的无效区横向包围的压电材料的有效区,使得至少沿着有效区的边界的无效 区的上部分没有压电材料。谐振器器件提供沿着有效区的压电材料的相对横向边缘的不连 续性以减小在剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。增加声波谐 振器(例如,BAW)器件的压电材料的有效区的机械隔离降低对有效区的横向振动的机械阻 尼,这提供了增强的剪切模式响应,其可以有益地增强在液体环境中的传感器性能。

[0011]在一个方面中,一种微机电系统(MEMS)谐振器器件,包括:基板^以及布置在基板 的至少一部分上面的体声波谐振器结构,该体声波谐振器结构包括压电材料,其包括具有 主要与基板的面的法线不平行的取向分布的c轴,布置在压电材料上面的顶侧电极,以及布 置在压电材料和基板之间的底侧电极,其中压电材料的至少一部分被布置在顶侧电极与底 侧电极之间以形成有效区;其中有效区被无效区横向包围,并且无效区的至少一部分的压 电材料的厚度小于有效区的压电材料的厚度,使得至少沿着有效区的边界的无效区的上部 分没有压电材料,从而限定沿着至少有效区的压电材料的相对横向边缘的上部分的至少一 个不连续性,其中该至少一个不连续性被配置成减小在体声波谐振器结构的剪切模式操作 中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。

[0012]在某些实施例中,布置在顶侧电极与底侧电极之间的压电材料的至少一部分包括 标称厚度;并且有效区的横向周界的至少一部分以具有在从标称厚度的0%到大约50%的范 围内的厚度的压电材料的减小厚度部分为界。

[0013]在某些实施例中,有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向 位移的方向平行的长度,该长度在有效区的第一纵长端与第二纵长端之间延伸;以及至少 一个不连续性至少部分地以第一纵长端和第二纵长端为界。在某些实施例中,至少一个不 连续性包围有效区的周界的至少大约60%。

[0014]在某些实施例中,体声波谐振器结构包括布置在基板与底侧电极之间的声反射器 结构。在某些实施例中,基板限定腔体,并且在腔体与体声波谐振器结构之间布置支撑层。 [0015]在某些实施例中,有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向 位移的方向平行的长度;有效区包括与该长度垂直的宽度;并且该长度大于该宽度。

[0016]在某些实施例中,有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向 位移的方向平行的长度,并且包括与该长度垂直的宽度;并且压电材料包括在与有效区的 长度垂直的方向上延伸并且在有效区的纵长端中间接触有效区的至少一个锚定部分。在某 些实施例中,顶侧电极或底侧电极中的至少一个的至少一部分沿着压电材料的至少一个锚 定部分延伸。在某些实施例中,ffiMS谐振器器件进一步包括在有效区的横向边缘上面布置 的介电材料。在某些实施例中,在顶侧电极、底侧电极或者有效区的至少一个横向边缘中的 至少一个的至少一部分上面布置密封性层。

[0017] 在某些实施例中,一种流体器件,包括谐振器器件;布置在有效区的至少一 部分上面的至少一个功能化材料;以及包含有效区的流体通道。在某些实施例中,至少一个 功能化材料包括特异性结合材料或非特异性结合材料中的至少一种。在某些实施例中,流 体器件进一步包括布置在至少一个功能化材料与顶侧电极之间的自组装单分子层。在某些 实施例中,流体器件进一步包括布置在顶侧电极与自组装单分子层之间的界面层。

[0018]在另一方面中,一种用于生物学或化学感测的方法,包括:将包含目标物种的流体 供应到流体器件的流体通道中,其中所述供应被配置成使目标物种中的至少一些与至少一 个功能化材料结合;在有效区中诱导体声波;以及感测体声波谐振器结构的频率性质、幅度 大小性质或相位性质中的至少一个的改变,以指示与至少一个功能化材料结合的目标物种 的存在或量中的至少一个。

[0019]在另一方面中,一种用于制造微机电系统(MEMS)谐振器器件的方法,包括:形成基 底结构,其包括基板、布置在基板的至少一部分上面并且包括具有主要与基板的面的法线 不平行的取向分布的c轴的压电材料、以及布置在基板与压电材料的至少一部分之间的底 侧电极,其中压电材料包括标称厚度;去除压电材料的一部分以限定具有在从标称厚度的 0%至大约50%的范围内的厚度的压电材料的减小厚度部分;以及在压电材料的一部分上面 形成顶侧电极,其中包括标称厚度的压电材料的至少一部分被布置在顶侧电极与底侧电极 之间以形成体声波谐振器结构的有效区;其中,有效区的横向周界的至少一部分以压电材 料的减小厚度部分为界,从而限定至少一个不连续性,其被配置成减小在体声波谐振器结 构的剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。

[0020]在某些实施例中,该方法进一步包括:在顶侧电极、底侧电极或者有效区的至少一 个横向边缘中的至少一个的至少一部分上面沉积密封性层。在某些实施例中,该方法进一 步包括:在顶侧电极的至少一部分上面形成自组装单分子层,以及在自组装单分子层的至 少一部分上面施加至少一个功能化材料,其中至少一个功能化材料的至少一部分与有效区 配准。

[0021]在另一方面中,前述方面中的任一个和/或如本文中描述的各种单独的方面和特 征可以组合以得到附加的优点。在本文中公开的各种特征和元件中的任一个可以与一个或 多个其他公开的特征和元件组合,除非在本文中相反指示。

[0022] 在阅读与附图相关联的优选实施例的以下详细描述之后,本领域技术人员将领会 到本公开的范围并且认识到其附加的方面。

附图说明

[0023]并入本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图图示本公开的若干方面,并且 连同描述一起用于解释本公开的原理。

[0024]图1A是用来用作意图提供针对随后描述的本公开的实施例的背景的对比器件的 固态装配型体声波(BAW)谐振器器件的至少一部分的示意性上透视图,该固态装配型体声 波谐振器器件包括由接触有效区的无效区的相同厚度的压电材料在外围并且连续包围的 有效区的压电材料。

[0025] 图1B是沿着图1A的截面线“A”-“A”得到的图1A的器件的示意性横截面视图。

[0026] 图1C是沿着图1A的截面线“B” - “B”得到的图1A的器件的示意性横截面视图。

[0027] 图2A是根据一个实施例的固态装配型BAW谐振器器件的至少一部分的示意性上透 视图,其中该BAW谐振器器件具有包括压电材料并且被没有压电材料(S卩,包括零厚度的压 电材料)的无效区横向包围的矩形有效区,由此提供沿着有效区的压电材料的相对横向边 缘的不连续性以减小在剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。

[0028] 图2B是沿着图2A的截面线“C’-T’得到的图以的器件的示意性横截面视图。

[0029] 图2C是沿着图2A的截面线“D” - “D”得到的图以的器件的示意性横截面视图。

[0030] 图3A是根据另一实施例的固态装配型BAW谐振器器件的至少一部分的示意性上透 视图,其中该BAW谐振器器件具有包括压电材料并且被包围有效区的单个凹进部中的没有 压电材料(即,包括零厚度的压电材料)的无效区横向包围的矩形有效区,其中用于顶侧电 极的迹线沿着单个凹进部的侧壁和底面延伸,并且其中该单个凹进部提供沿着有效区的相 对横向边缘的不连续性以减小在剪切模式操作中的最大位移的方向上对有效区的机械夹

[0031] 图3B是沿着图3A的截面线“E” - “E”得到的图M的器件的示意性横截面视图。

[0032] 图3C是沿着图3A的截面线“F” - “F”得到的图M的器件的示意性横截面视图。

[0033] 图4A是根据另一实施例的固态装配型谐振器器件的至少一部分的示意性上透 视图,其中该BAW谐振器器件具有包括压电材料的矩形有效区,其在被压电材料锚定件分开 的第一和第二凹进部分中没有压电材料(即,包括零厚度的压电材料),其中用于顶侧电极 的迹线沿着锚定件的顶表面延伸,并且其中该第一和第二凹进部分提供在剪切模式操作中 的最大位移的方向上的沿着有效区的相对横向边缘的不连续性。

[0034] 图4B是沿着图4A的截面线“G”-“G”得到的图4A的器件的示意性横截面视图。

[0035] 图4C是沿着图4A的截面线得到的图4A的器件的示意性横截面视图。

[0036] 图5是根据另一实施例的固态装配型BAW谐振器器件的至少一部分的示意性上透 视图,其中该BAW谐振器器件具有包括压电材料的椭圆形有效区,其在被压电材料锚定件分 开的第一和第二凹进部分中没有压电材料(即,包括零厚度的压电材料),其中用于顶侧电 极的迹线沿着锚定件的顶表面延伸,并且其中该第一和第二凹进部分提供在剪切模式操作 中的最大位移的方向上的沿着有效区的相对横向边缘的不连续性。

[0037] 图6A是根据另一个实施例的FBAR型BAW谐振器器件的至少一部分的示意性上透视 图,其中该BAW谐振器器件包括布置在跨越基板中的腔体的支撑层上面的矩形有效区,其中 有效区包括压电材料并且被没有压电材料(即,包括零厚度的压电材料)的无效区横向包 围,由此提供沿着有效区的压电材料的相对横向边缘的不连续性以减小在剪切模式操作中 的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。

[0038] 图6B是沿着图6A的截面线得到的图6A的器件的示意性横截面视图。

[0039]图6C是沿着图6A的截面线得到的图6A的器件的示意性横截面视图。

[0040]图7是根据本公开的一个实施例的MEMS BAW谐振器器件的上部分的示意性横截面 视图,所述MEMS BAW谐振器器件包括覆盖有密封性层的顶侧电极、界面层、自组装单分子层 以及功能化(例如,特异性结合)材料。

[0041] 图8是根据本公开的一个实施例的包括微流体通道的流体器件(例如,生物化学传 感器器件)的一部分的示意性横截面视图,该微流体通道从下面以覆盖有功能化材料的固 态装配型BAW谐振器器件为界、在横向上以壁为界、并且从上面以限定流体端口的盖或罩层 为界。

具体实施方式

[0042] 以下阐述的实施例表示用以使得本领域技术人员能够实践实施例并且说明实践 实施例的最佳模式的必要信息。在鉴于附图阅读以下描述时,本领域技术人员将理解本公 开的概念并且将认识到在本文中没有特别处理的这些概念的应用。应该理解的是,这些概 念和应用落入本公开和所附权利要求的范围之内。

[0043]应该理解的是,尽管在本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种元件,但是这 些元件不应该被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件区别于另一个元件。例如,第一 元件能够被称作第二元件,并且相似地,第二元件能够被称作第一元件,而不脱离本公开的 范围。如本文中所使用的,术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有 组合。

[0044]还应该理解的是,当一个元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时,该元件 可以直接连接或耦合到其他元件,或者可以存在介入元件。相比之下,当一个元件被称为被 “直接连接”或“直接耦合”到另一元件时,不存在介入元件。

[0045]应该理解的是,尽管在本文中可能使用术语“上”、“下”、“底”、“中间”、“中部”、 “顶”等等来描述各种元件,但是这些元件不应该被这些术语限制。这些术语仅用来使一个 元件区别于另一个元件。例如,第一元件能够被称作“上”元件,并且相似地,取决于这些元 件的相对取向,第二元件能够被称作“上”元件,而不脱离本公开的范围。

[0046]本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,并且不旨在限制本公开。如本 文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另外清楚地指 示。将进一步理解的是,术语“包括”“包括有”、“包含”和/或“包含有”当在本文中使用时,指 定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但不排除一个或多个其他特征、 整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。

[0047]除非另外定义,否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与由本公开 所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。将进一步理解的是,本文中使用的术语 应该被解释为具有与它们在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义,并且将不 被以理想化或过度形式的意义来解释,除非在本文中明确地如此定义。

[0048]本公开提供了一种具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应 的声谐振器。更具体地,本公开提供了一种固态装配型BAW谐振器器件,其具有被带有减小 的压电材料厚度的无效区横向包围的压电材料的有效区,使得至少沿着有效区的边界的无 效区的上部分没有压电材料。谐振器器件提供沿着有效区的压电材料的相对横向边缘的不 连续性以减小在剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区的机械夹紧。增加声波 谐振器(例如,BAW)器件的压电材料的有效区的机械隔离降低对有效区的横向振动的机械 阻尼,这提供增强的剪切模式响应,其可以有益地增强在液体环境中的传感器性能。

[0049]如以下更详细地讨论的,根据本文中公开的实施例的谐振器器件包括具有安装到 其的谐振器结构的基板。至少谐振器结构的底部分或下部分被夹紧到基板,但是至少谐振 器结构的有效区的上部分沿着压电材料的相对横向边缘区不受约束以减小机械夹紧。重申 的是,在某些实施例中,至少有效区的压电材料的相对横向边缘区的上部分具有与空气或 液体界面的良好限定的边界。对有效区的减小的机械夹紧可以用于增强剪切模式振动,由 此改进当在液体环境中进行感测时谐振器器件的检测的限制和灵敏度。可以使用在谐振器 器件的顶表面处可接入的迹线和/或使用穿过基板延伸的导电过孔(例如,硅通孔[TSV]等 等)来制成到具有减小的机械夹紧的谐振器器件的有效区的电气输入和/或输出连接。

[0050] 在某些实施例中,BAW谐振器结构包括六方晶体结构压电材料(例如,氮化铝或氧 化锌),其包括具有与在上面形成压电材料的基板的面的法线不平行(并且也不垂直)的取 向分布的c轴,由此提供准剪切模式声谐振器。这样的c轴取向分布实现在某些频率下的剪 切位移的创建(其有益地实现基于BAW谐振器的感测器件在液体环境中的操作),并且实现 在其他频率下的纵向位移的创建(其可能对促进局部混合是有用的)。在2016年10月13日提 交的美国专利申请号15/293,063中公开了用于形成包括具有主要与基板的面的法线不平 行的取向分布的c轴的六方晶体结构压电材料的方法,其中前述申请据此通过引用被并入 本文中。在1987年2月3日发布的美国专利号4,e40,75e中公开了用于形成具有倾斜的c轴取 向的压电材料的附加方法,其中前述专利据此通过引用被并入本文中。在描述提供对有效 区的减小的机械夹紧的本公开的实施例之前,将描述对比结构(S卩,如在图1A-1C中图示 的)。

[0051]图1A-1C示意性地图示了用作对比器件的固态装配型BAW谐振器器件10的至少一 部分,该对比器件意图提供针对随后描述的本公开的实施例的背景。BAW谐振器器件10包括 基板12 (例如,通常是桂或另一半导体材料)和在基板12上面布置的谐振器结构14。谐振器 结构14包括布置在基板12上面的声反射器16(例如,声反射镜)。声反射器16包括交替的低 声阻抗层18和高声阻抗层20,其优选地在顶部和底部用低声阻抗层18定界,如在图1B和1C 中示出的。在某些实施例中,声反射器16包括沉积在基板12上面的、可选地以四分之一波布 拉格反射镜体现的、具有不同声阻抗值的不同材料(例如,碳氧化硅[SiOC]、氮化硅[Si3N4]、 二氧化硅[Si02]、氮化铝[A1N]、钨[W]和钼[Mo])的交替层18、20。在某些实施例中,可以使 用其他类型的声反射器。

[0052] 谐振器结构14进一步包括布置在声反射器16上面的压电材料22、沿着压电材料22 的下表面的部分(即,在声反射器16与压电材料22之间)布置的底侧电极24、以及沿着压电 材料22的上表面的部分布置的顶侧电极26。在其中压电材料22被布置在顶侧电极26和底侧 电极24的重叠部分之间的区域限定谐振器器件10的有效区28。声反射器16用于反射声波并 且因此减小或避免这样的波在基板12中的耗散。用于形成谐振器器件10的步骤可以包括: 在基板12上面沉积声反射器16,然后沉积底侧电极24,然后生长压电材料22(例如,经由溅 射或其他适当的方法),然后沉积顶侧电极26。

[0053]压电材料22可以包括氮化铝或氧化锌材料,其包括具有主要与基板12的面的法线 不平行(并且也可以不垂直)的取向分布的c轴30 (由白色的箭头表示)(在图1C中示出的)。 这样的c轴取向分布实现剪切位移的创建,其有益地实现谐振器器件10利用液体(诸如在传 感器和/或微流体器件中)的操作。尽管在图1B中示出的压电材料22的c轴30看起来在取向 方面是垂直的,但是要领会到的是,c轴30远离视图倾斜,如在查看图1C时显然的。

[0054] 底侧电极24包括彼此导电连通的有效片段32、迹线34和导电过孔36。底侧电极24 的有效片段32—般是圆形的,但是能够是任何其他形状(例如,矩形、椭圆形、不规则多边形 等)。迹线34具有接近有效片段32的第一端和接近导电过孔36的第二端,并且提供在有效片 段32与导电过孔36之间的导电连通。导电过孔36穿过压电材料22向上(例如,从压电材料22 的底表面向其顶表面)延伸。

[0055] 顶侧电极26包括有效中央部分38、从有效中央部分38的左侧延伸的左迹线40A以 及从有效中央部分38的右侧延伸的右迹线40B。顶侧电极26的有效中央部分38—般是圆形 的,但是能够是任何其他形状(例如,矩形、椭圆形、不规则多边形等)。底侧电极24的有效片 段32和顶侧电极26的有效中央部分38可以是近似相同的尺寸和形状。左迹线40A和右迹线 40B在相对的方向上延伸。顶侧电极26,特别是左迹线40A和右迹线40B被配置成沿着与底侧 电极24(例如,底侧电极24的迹线34)的取向基本上垂直的方向延伸。

[0056]如在图1B和1C中示出的,有效区2S包括有效区边界44,并且其在所有侧被无效区 42包围。压电材料22从有效区28连续延伸到无效区42。由于这种包围接触,在有效区28中的 压电材料22的剪切响应(例如,剪切模式、剪切振动、剪切位移、在剪切模式操作中的最大横 向位移等)被无效区42中的压电材料22阻尼,由此限制剪切位移并且潜在地限制谐振器器 件10的检测灵敏度和性能。

[0057]已经介绍了作为对比结构的谐振器器件1〇,现在将结合剩余的图来描述本公开的 实施例。

[0058]图2A-2C图示根据一个实施例的固态装配型BAW谐振器器件46的至少一部分。BAW 谐振器器件46具有矩形有效区28,其包括压电材料22并且被没有压电材料(S卩,包括零厚度 的压电材料)的无效区42横向包围。压电材料22在外观上类似于一个台面。这样的配置提供 沿着有效区28的压电材料22的相对横向边缘的不连续性,以减小在剪切模式操作中的最大 横向位移的方向上(即,在图2C中示出的有效区28的从左向右的方向上)对有效区28的机械 夹紧。

[0059] BAW谐振器器件46包括基板12 (例如,通常是硅或另一半导体材料)和在基板12上 面布置的谐振器结构14。谐振器结构14包括布置在基板12上面的声反射器16。声反射器16 包括交替的低声阻抗层18和高声阻抗层20,如在图2B和2C中示出的。在某些实施例中,声反 射器16包括沉积在基板12上面的、可选地以四分之一波布拉格反射镜体现的不同材料(例 如,510(:、313他、3102、4111和1\1〇)的交替薄层18、2〇。在某些实施例中,可以使用其他类型的 声反射器。

[0060] 谐振器结构14进一步包括布置在声反射器16上面的压电材料22、沿着压电材料22 的下表面的部分(在声反射器16与压电材料22之间)布置的底侧电极24、以及沿着压电材料 22的上表面的部分布置的顶侧电极26。在其中压电材料22被布置在顶侧电极26和底侧电极 24的重叠部分之间的区域限定BAW谐振器器件46的有效区28。声反射器16用于反射声波并 且因此减小或避免这样的波在基板12中的耗散。布置在顶侧电极26与底侧电极24之间的压 电材料22具有标称厚度。用于形成BAW谐振器器件46的步骤可以包括:在基板12上面沉积声 反射器16,然后沉积底侧电极24,然后生长压电材料22 (例如,经由派射或其他适当的方 法),然后沉积顶侧电极26。

[0061] 在某些实施例中,压电材料22包括氮化铝或氧化锌材料,其包括具有主要与基板 12的面的法线不平行(并且也可以不垂直)的取向分布的c轴30 (如在图2C中示出的)。这样 的c轴取向分布实现剪切位移的创建,其有益地实现BAW谐振器器件46利用液体(诸如在传 感器和/或微流体器件中)的操作。底侧电极24包括有效片段32、迹线34和导电过孔36。底侧 电极24的有效片段32—般是圆形的,但是能够是任何其他形状(例如,矩形、椭圆形、不规则 多边形等)。迹线34具有接近有效片段32的第一端和接近过孔36的与第一端相对的第二端。 因此,迹线34提供在有效片段32与过孔36 (其穿过一个或多个层垂直延伸到顶表面)之间的 导电连通。底侧电极24,特别是迹线34被配置成沿着第一方向(例如,在图2B中从前到后,或 者在图2C中从左到右)延伸,该第一方向在与剪切模式操作中有效区28的最大位移的方向 相同的方向上。

[0062]顶侧电极26包括有效中央部分38、从有效中央部分38的左侧延伸的左迹线40A以 及从有效中央部分38的右侧延伸的右迹线40B。顶侧电极26的有效中央部分38—般是圆形 的,但是能够是任何其他形状(例如,矩形、椭圆形、不规则多边形等)。底侧电极24的有效片 段32和顶侧电极26的有效中央部分38可以是近似相同的尺寸和形状。左迹线40A和右迹线 40B在相对的方向上延伸。顶侧电极26,特别是左迹线40A和右迹线40B被配置成沿着与第一 方向垂直的第二方向(例如,从左到右)延伸。以这种方式,顶侧电极26在与c轴30和/或底侧 电极24(例如,底侧电极24的迹线;34)的方向垂直的方向上延伸。

[0063]底侧电极24和顶侧电极2e能够是单个金属或双层金属。可以使用双层结构来改进 电气性能或者充当蚀刻停止层,由此当限定横向蚀刻特征时保护底侧电极24。

[0064]如在图2A-2C中示出的,有效区28 (例如,包括压电材料22、底侧电极24的有效区段 32、以及顶侧电极26的有效中央部分38)包括有效区边界44并且在形状方面是矩形的,尽管 可以提供任何其他期望的形状(例如,圆形、椭圆形等)的有效区。可以基于剪切模式波传播 方向和在感兴趣的频率下的最大表面位移来优化有效区28的形状。当有效区包括有矩形或 椭圆形形状时,可以优化长宽比来增强BAW谐振器器件46的剪切波传播。在优化谐振器器件 的有效区的尺寸时也可以考虑要被诱导的声波的期望波长。继续参考图2A-2C,矩形有效区 28被定向成使得有效区28的长度(长度比宽度更宽)在一个方向上(例如,剪切方向,在图2B 中从前到后延伸,以及在图2C中从左到右延伸)定向,并且有效区28的宽度在与所述一个方 向垂直的另一方向上定向。

[0065]在图2A-2C中示出的实施例中,压电材料22包括有一个台面,并且其存在受有效区 28限制。重申的是,压电材料22仅横向延伸到有效区边界44 AAW谐振器器件46的无效区42 包围有效区28。无效区42中的压电材料22的厚度是零(因此小于有效区28中的压电材料22 的厚度),使得整个无效区42 (包括其上部分)没有压电材料22。换言之,存在于有效区28中 的压电材料22具有标称厚度,并且无效区42中的压电材料22的至少一部分(例如,超过有效 区28的相对侧)可以具有在从标称厚度的0%到大约50%的范围内的厚度。这种厚度差异限定 沿着有效区28的压电材料22的侧(例如,相对横向边缘)的上部分的压电材料22的不连续 性。在某些实施例中,在有效区28的周界的至少大约60%周围提供压电材料22的不连续性。 与有效区28的压电材料22的至少上部分接触的无效区42中的压电材料的缺乏导致有效区 2S在BAW谐振器器件46的剪切模式操作中的最大横向位移的方向(例如,第一方向)上经历 减小的机械夹紧。在替换的实施例中,压电材料22在无效区42中可以减小至非零的量,并且 可以从有效区28中的压电材料22连续延伸以提供对有效区28的减小的机械夹紧。

[0066]继续参考图2A-2C,顶侧电极%的左迹线40A包括垂直部分48A和水平部分50A,并 且顶侧电极26的右迹线40B包括垂直部分48B和水平部分50B。为了防止在顶侧电极26与底 侧电极24之间的电气接触,BAW谐振器器件46包括电气绝缘阻挡层52 (例如,通过ALD沉积的 氧化铝[Ah03]),其包括垂直部分54和水平部分56。除了在与有效区28重合的有效中央部分 38下面之外,阻挡层52—般还布置在顶侧电极26的部分以下。阻挡层52的垂直部分54在有 效区28的横向表面的至少一部分周围延伸,并且向上延伸到至少有效区28的横向表面的高 度。阻挡层52的水平部分56被定位成覆盖声反射器16的至少一部分。在某些实施例中,预期 阻挡层52能够被配置成厚于底侧电极24,使得可以从阻挡层52省略垂直部分54,但是将仍 防止顶侧电极26接触底侧电极24。如先前指出的,阻挡层52在顶侧电极26的有效中央部分 38与压电材料层22之间不存在(例如,通过最初在整个沉积表面上面沉积阻挡层52、然后从 有效区28选择性地蚀刻掉阻挡层52),以便避免谐振器品质因数(Q)的降级。指出的是,有效 区28中的压电材料22可以具有带角的横向壁(例如,在基底处比顶部更宽),并且在这样的 实例中,顶侧电极26的左和右垂直部分48A、48B和/或阻挡层52的垂直部分54也将是带角的 以遵循有效区28中的压电材料22的横向轮廓。

[0067]图:3A-3C图示根据另一个实施例的固态装配型BAW谐振器器件58的至少一部分,其 具有类似凹进的或下沉的台面并且被连续单个凹进部60包围的矩形有效区28。矩形有效区 28包括压电材料22并且被在包围有效区狀的单个凹进部60之内的没有压电材料22(g卩,包 括零厚度的压电材料22)的无效区42横向包围。与顶侧电极26导电连通的左和右电气迹线 40A、40B沿着单个凹进部60的侧壁和底面延伸。单个凹进部60提供沿着有效区28的相对横 向边缘的不连续性,以减小在剪切模式操作中的最大位移的方向(例如,与有效区28的纵长 方向平行)上对有效区28的机械夹紧。图3A包括交叉影线以仅用于说明的目的。

[0068]如同图2A-2C的实施例,在图3A-3C中示出的BAW谐振器器件58包括基板12以及布 置在基板12上面的谐振器结构14与布置在它们之间的声反射器16。声反射器16包括交替的 低声阻抗层18和高声阻抗层20 (在图3B和3C中示出)。谐振器结构14进一步包括布置在声反 射器16的部分上面的底侧电极24、布置在底侧电极24以及声反射器16上面的压电材料22, 以及布置在压电材料22的部分上面的顶侧电极26。压电材料22包括具有主要与基板I2的面 的法线不平行的取向分布的c轴30。底侧电极24包括有效片段32、迹线34和导电过孔36,并 且顶侧电极包括有效中央部分38。谐振器结构14还包括由布置在底侧电极24与顶侧电极26 之间的压电材料22的部分限定的有效区28,与一般地包围有效区28的无效区42。有效区边 界44表示有效区28的横向程度。进一步在BAW谐振器器件58的部分上面提供电气绝缘阻挡 层52。

[0069] 在有效区28中的压电材料22与无效区42中的压电材料22之间限定单个凹进部60。 换言之,有效区28的压电材料22横向延伸到有效区边界44,在这里其断开(例如,不存在), 并且在无效区42中压电材料22再次继续。如在图3A中示出的,以类似包围单个凹进部60 (其 包围有效区28)的矩形框架的形状提供无效区42的压电材料22。无效区42的单个凹进部60 中的压电材料22的厚度减小到零(由此体现小于有效区28中的压电材料22的厚度的值),使 得整个单个凹进部60 (包括给有效区28定界的无效区42的上部分)没有压电材料22。换言 之,有效区28中的压电材料22具有标称厚度,并且无效区42中(S卩,单个凹进部60中,包括有 效区28的相对侧)的压电材料22的至少一部分具有0%的标称厚度的压电材料22。这限定沿 着有效区28的压电材料22的侧(例如,相对横向边缘)的上部分的压电材料22的不连续性 (例如,沿着有效区28的周界的大部分延伸,诸如有效区28的周界的至少大约60%、至少大约 80%或者至少大约100%)。因此,有效区28经历在BAW谐振器器件58的剪切模式操作中的最大 横向位移的方向(例如,第一方向)上的减小的机械夹紧。在某些实施例中,压电材料22在给 有效区28定界的无效区42中减小至非零量(例如,减小至直到标称厚度的50%的厚度),并且 从有效区28中的压电材料22连续延伸以提供对有效区28的减小的机械夹紧。

[0070]继续参考图3A-3C,顶侧电极26的左迹线40A包括内垂直部分48A、外垂直部分62A、 下水平部分50A以及上水平部分64A。顶侧电极26的右迹线40B相似地包括内垂直部分48B、 外垂直部分62B、下水平部分50B以及上水平部分64B。

[0071 ]为了防止在顶侧电极26与底侧电极24之间的电气接触,提供阻挡层52 (例如,氧化 铝[Ah03])。阻挡层52包括内垂直部分54A、外垂直部分54B、下水平部分56A以及上水平部分 56B。阻挡层52的下水平部分56A被布置在声反射器16与顶侧电极26的左和右迹线40A、40B 的下水平部分50A、50B之间。阻挡层52的内垂直部分54A被布置在(i)压电材料22和底侧电 极24中的每一个的横向侧与(ii)顶侧电极26的左和右内垂直部分48A、48B之间。阻挡层52 的外垂直部分54B被布置在(i)顶侧电极26的左和右迹线40A、40B的外垂直部分62A、62B与 (ii)无效区42中的压电材料22之间。

[0072]阻挡层52的内垂直部分54A在有效区28的横向表面的至少一部分周围延伸,并且 向上延伸到至少有效区28的横向表面的高度。在某些实施例中,预期的是,阻挡层52能够被 配置成厚于底侧电极24,使得能够省略内垂直部分54a、外垂直部分54B和/或上水平部分 56B,但是仍将防止顶侧电极26与底侧电极24之间的电气接触。

[0073]尽管图3A-3C图示了横向包围有效区28的单个凹进部60,但是要领会到的是,在某 些实施例中,可以沿着有效区的外围布置包括减小厚度(例如,相对于有效区中的压电材料 的标称厚度减小了50%至100%)的压电材料的多个凹进部(或凹进部分)。例如,可以沿着有 效区的外围布置第一和第二基本上C形或基本上U形的凹进部。可以提供根据其他配置的凹 进部。优选地,有效区的周界的至少大部分(诸如有效区的周界的至少大约60%、至少大约 80%或至少大约100%)以具有减小厚度的压电材料的无效区为界。

[0074]图4A-4C图示根据另一个实施例的固态装配型BAW谐振器器件66的至少一部分,其 具有被由介电材料左和右锚定件68A、68B分开的两个不连续的第一和第二凹进部(或凹进 部分)60A、60B在外围包围的矩形有效区28的大部分。凹进部60A、60B没有压电材料22(目口, 包括零厚度的压电材料22),并且提供在剪切模式操作中的最大位移的方向上的沿着有效 区28的相对横向边缘的不连续性。针对顶侧电极26的迹线40A、40B沿着锚定件68A、68B的顶 表面延伸,并且其中第一和第二凹进部60A、60B提供在剪切模式操作中的最大位移的方向 (例如,在图4B中的前至后方向上或者在图4C中的侧至侧方向上延伸的第一方向)上的沿着 有效区28的相对横向边缘的不连续性。压电材料22包括具有主要与基板12的面的法线不平 行的取向分布的c轴30。底侧电极24包括有效片段32、迹线34和导电过孔36,而顶侧电极包 括有效中央部分38。图4A包括交叉影线以仅用于说明的目的。

[0075] 如同图2A-2C和图3A-3C的实施例,在图4A-4C中示出的BAW谐振器器件66包括基板 12以及布置在基板12上面的谐振器结构14与布置在它们之间的声反射器16。声反射器16包 括交替的低声阻抗层18和高声阻抗层2〇(在图4B和4C中示出)。谐振器结构14进一步包括布 置在声反射器16的部分上面的底侧电极24、布置在底侧电极24以及声反射器16上面的压电 材料22,以及布置在压电材料22的部分上面的顶侧电极26。谐振器结构14还包括由布置在 底侧电极24与顶侧电极26之间的压电材料22的部分限定的有效区28,与一般地包围有效区 28的无效区42。有效区边界44表示有效区28的横向程度。

[0076] 第一和第二凹进部60A、60B被限定在有效区28中的压电材料22与无效区42中的压 电材料22之间,其中凹进部60A、6〇B被锚定件6SA、6SB分开。换言之,压电材料22横向延伸到 有效区边界44,在这里其断开(例如,不存在),并且在无效区42中压电材料22再次继续(除 了在锚定件68A、68B处之外,以下更详细地讨论)。排除锚定件68A、68B,无效区42的凹进部 60A、60B中的压电材料22的厚度减小到零(由此体现小于有效区28中的压电材料22的厚度 的值),使得每个凹进部60A、6〇B的全部(包括给有效区28定界的无效区42的上部分)没有压 电材料22。换言之,有效区28中的压电材料22具有标称厚度,并且无效区42中(S卩,凹进部 60A、60B中,包括有效区28的相对侧)的压电材料22的至少一部分具有0%的标称厚度。这限 定沿着有效区28的压电材料22的侧(例如,相对横向侧)的上部分的压电材料22的不连续性 (例如,延伸有效区28的周界的大部分,诸如有效区28的周界的至少大约60%、至少大约80% 或者至少大约90%)。因此,有效区28经历在BAW谐振器器件妨的剪切模式操作中的最大横向 位移的方向(例如,第一方向)上的减小的机械夹紧。在某些实施例中,压电材料22在给有效 区28定界的无效区42中减小至非零量(例如,减小至直到标称厚度的50%的厚度),并且从有 效区28中的压电材料22连续延伸以提供对有效区28的减小的机械夹紧。

[0077] 不像前述两个实施例那样,图4A-4C中示出的BAW谐振器器件66不需要阻挡层来提 供在顶侧与底侧电极26、24之间的电气绝缘。替代地,BAW谐振器器件66包括左和右锚定件 68A、68B,顶侧电极26的左和右迹线40A、40B的部分在其上面延伸以提供与顶侧电极26的有 效中央部分38的导电连通。顶侧电极26不能够意外地接触底侧电极24,因为左和右锚定件 68A、68B定位在它们之间。左锚定件68A和右锚定件68B中的每一个包括压电材料,其从有效 区28的一侧连续延伸到基本上包围有效区28的无效区42中的压电材料22。左和右锚定件 68A、68B还表示在第一与第二凹进部60A、60B之间的边界。

[0078] 左锚定件68A和右锚定件68B被布置在有效区28的相对侧上(近似在其纵长端中 间),并且在与第一方向垂直的第二方向上延伸。当有效区28经历主导剪切模式振动时,有 效区28的纵长端经受在第一方向(例如,在图4B中的前至后方向或者在图4C中的侧至侧方 向上延伸的第一方向)上的位移,但是定位在有效区28的中心处的中间平面(例如,在有效 区28的纵长端之间的中点处穿过左和右锚定件68A、68B延伸)可以是静止的。因此,当经受 剪切模式振动时,在有效区28的纵长端之间的中点处的锚定件68A、68B到形成有效区28的 横向侧的压电材料22的附接没有显著阻碍有效区28的横向位移。锚定件68A、68B的尺寸能 够被优化以使得足够的电流能够穿过顶侧电极26的左和右迹线40A、40B的顶侧部分,同时 使剪切模式振动的机械阻抗最小化。特别地,锚定件68A、68B(例如,宽度、厚度等)越小,有 效区28将经历越少的机械夹紧,但是还应该考虑机械支撑和电流处置限制。通过在剪切模 式操作中的最大位移的方向与左和右锚定件68A、68B垂直的情况下对压电材料22的c轴30 定向,使机械阻尼最小化,并且可以改进剪切模式响应。

[0079] 在某些实施例中,BAW谐振器器件可以包括在形状方面是非矩形的有效区。图5是 固态装配型BAW谐振器器件70的至少一部分的示意性上透视图,该固态装配型BAW谐振器器 件70与图4A-4C中示出的BAW谐振器器件66相似,但是具有椭圆形的有效区28 AAW谐振器器 件70包括基板12以及布置在基板12上面的谐振器结构14与布置在它们之间的声反射器16。 谐振器结构14进一步包括布置在声反射器16的部分上面的底侧电极24、布置在底侧电极24 以及声反射器16上面的压电材料22以及布置在压电材料22的部分上面的顶侧电极26。压电 材料22包括具有主要与基板12的面的法线不平行的取向分布的c轴30。底侧电极24包括有 效片段32、迹线34以及导电过孔36,并且顶侧电极包括被由压电材料锚定件68A、68B分开的 不连续的第一和第二凹进部(或凹进部分)60A、60B包围的有效中央部分38。凹进部60A、60B 没有压电材料22 (S卩,包括零厚度的压电材料22)。针对顶侧电极26的电气迹线40A、40B沿着 锚定件68A、68B的顶表面延伸,其中第一和第二凹进部60A、60B提供在剪切模式操作中的最 大位移的方向上的沿着有效区28的相对横向边缘的不连续性。图5包括交叉影线以仅用于 说明的目的。

[00S0]要认识到的是,可以以任何适合的形状(例如,圆形、矩形、卵形、梯形、不规则多边 形等)来提供在本文中公开的BAW谐振器器件(例如,包括先前公开的实施例中的任一个)的 有效区。在某些实施例中,有效区可以被成形为没有相等或平行的侧的不规则多边形(例 如,不规则四边形)。避免有效区的形状上的横向对称性可以有益地减小横向驻波的存在。 以上提到的对称性对应于有效区的覆盖区(footprint),并且避免横向对称性对应于避免 与覆盖区的侧相关联的对称性。例如,可以选择对应于五边形而不是方形或矩形的覆盖区。 横向对称性的避免,也称为切趾,可以用来抑制落在串联谐振频率(fs)或通带以下的寄生 模式。切趾试图避免或者至少显著减小在谐振器器件中,或者至少在其有效区中的任何横 向对称性,以将在fs以下的寄生模式部分地平滑掉。切趾的形状更接近于模式连续体或者 至少具有增加的数量的模式,其具有比在矩形中更小的耦合和密集的间隔。

[0081] 尽管各种前述附图图示了各种固态装配型谐振器(SMR)型体声波MEMS谐振器器 件,但是要领会到的是,可以在根据某些实施例的流体器件中采用薄膜体声波谐振器 (FBAR)器件。图6A-6C图示并入谐振器结构14的FBAR型BAff谐振器器件72,该谐振器结构14 包括布置在跨越限定在基板12中的腔体76的支撑层74上面的台面型矩形有效区28。有效区 28包括压电材料22和有效区边界44,并且被没有压电材料22 (即,包括零厚度的压电材料 22)的无效区42横向包围,由此提供沿着有效区28的压电材料22的相对横向边缘的不连续 性从而减小在剪切模式操作中的最大横向位移的方向上对有效区28的机械夹紧。如示出 的,谐振器器件72与图2A-2(:的谐振器相似,除了BAW谐振器器件72是FBAR型谐振器而不是 固态装配型谐振器之外,并且因此不包括声反射器。

[0082] 谐振器器件72包括基板12 (例如,硅或另一半导体材料),其限定被支撑层74(例 如,二氧化桂)覆盖的腔体76 (例如,梯形的腔体),并且包括与腔体76配准的有效区28,其中 压电材料22的一部分被布置在底侧电极24与顶侧电极26的部分之间。指出的是,腔体76在 形状方面是梯形的,其中梯形的基底布置在基板12的底表面处。指出的是,可以制造谐振器 器件72使得腔体76的基底处在基板12的顶表面处并且穿过基板12至少部分(或者完全地) 向下延伸。进一步地,在其他实施例中,可以以任何适合的形状来提供腔体76。

[0083] 在支撑层74的部分上面布置底侧电极24。底侧电极24和支撑层74覆盖有压电材料 22 (例如,包括有倾斜c轴六方晶体结构压电材料,诸如A1N或ZnO),并且顶侧电极26被布置 在压电材料22的顶表面的至少一部分上面。压电材料22包括具有主要与基板12的面的法线 不平行的取向分布的c轴30。底侧电极24包括有效片段32、迹线34和导电过孔36,并且顶侧 电极包括有效中央部分38。包括垂直部分48A、48B和水平部分50A、50B的左和右电气迹线 40A、40B分别与有效中央部分38导电连通。布置在顶侧电极26与底侧电极24之间的压电材 料22的部分包括有谐振器器件72的有效区28。将有效区28布置在设置于支撑层74以下的腔 体76上面并且使其与该腔体76配准。腔体76用于通过防止声能向基板12中的耗散而约束在 有效区28中诱导的声波,因为声波没有高效地跨腔体76传播。在这个方面,腔体76提供对结 合图1A-5图示和描述的声反射器16的替换物。尽管图6A-6C将腔体76图示为穿过基板12的 整个厚度延伸,但是在替换的实施例中,腔体76可以从上面或者下面以基板12的经减薄的 部分为界。用于形成谐振器器件72的步骤可以包括:在基板12上面沉积支撑层74,在基板12 中限定腔体76,用牺牲材料(未示出)填充腔体76以提供支撑,可选地然后对牺牲材料平坦 化,去除牺牲材料(例如,使用穿过基板12的横向边缘或在基板12或支撑层74中限定的垂直 开口供应的蚀刻剂),在支撑层74上面沉积底侧电极24,生长压电材料22 (例如,经由派射或 其他适当的方法),以及沉积顶侧电极26。

[0084]为了防止在顶侧电极2 6与底侧电极2 4之间的电气接触,提供电气绝缘阻挡层5 2 (例如,氧化铝[Als03])。阻挡层52包括垂直部分54和水平部分56,并且除了在与有效区28重 合的顶侧电极2G的有效中央部分38下面之外,阻挡层52—般还布置在顶侧电极26的部分以 下。阻挡层52的垂直部分54在有效区28的横向表面的至少一部分周围延伸,并且向上延伸 到至少有效区28的横向表面的高度。阻挡层52的水平部分56被定位成覆盖支撑层74的至少 一部分。 L〇〇85]在某些实施例中,如在下文更详细地解释的,可以并入具有对有效区的减小的机 械夹紧以用于增强的剪切模式响应的一个或多个BAW谐振器结构作为适合于利用液体样本 或者在液体环境中操作的传感器的部分。先前在本文中描述的BAW MEMS谐振器器件缺少覆 在其有效区上面的任何层(例如,包括功能化材料),其将允许这样的器件用作生物化学传 感器^如果期望的话,如在本文中公开的体声波ffiMS谐振器器件的至少部分可以覆盖有各 种层。

[0086]根据某些实施例的微机电系统(MEMS)谐振器器件包括基板,布置在基板的至少一 部分上面的BAW谐振器结构,以及布置在BAW谐振器结构的有效区的至少一部分上面的功能 化材料。可以在功能化材料与顶侧电极之间布置各种层(其与BAW谐振器结构的有效区重 合),诸如:密封性层(例如,用以保护顶侧电极免受在液体环境中的侵蚀)、界面层和/或自 组装单分子层(SAM),其中界面层和/或SAM对于促进至少一个上覆材料层(最终包括功能化 材料)的附接是有用的。在某些实施例中,界面层促进上覆SAM的附接,并且SAM促进上覆功 能化材料的附接。在某些实施例中,可以提供多个功能化材料。

[0087]在图7中提供体声波MEMS谐振器器件的一个示例,该体声波MEMS谐振器器件覆盖 有多个层以提供生物感测效用,并且可与根据某些实施例的流体器件一起使用。图7是BAW 谐振器器件的上部分78的示意性横截面视图,该BAW谐振器器件包括覆盖有密封性层80的 压电材料22和顶侧电极28、界面层82、自组装单分子层(SAM)84以及功能化(例如,特异性结 合或非特异性结合)材料86。在某些实施例中,可以在制造期间诸如在界面层82的部分上面 施加一个或多个阻止材料(未示出),以防止一个或多个随后沉积的层的局部附接,或者(如 果施加在SAM S4或功能化材料86的所选区上面,则)以防止该区中的分析物俘获不覆在BAW MEMS谐振器器件的有效区上面。在下面阐述关于气密性层、界面层、自组装单分子层以及功 能化材料的进一步的公开。

[0088] 在某些实施例中,可以使用光刻来促进在MEMS谐振器器件的部分上面的一个或多 个层(例如,界面材料或阻止材料)的图案化。光刻牵涉使用光来将几何图案从光掩模转移 到基板上的光敏化学光致抗蚀剂,并且是半导体制造领域中的普通技术人员熟知的工艺。 在光刻中采用的典型步骤包括晶片清洗、光致抗蚀剂施加(牵涉正性或负性光致抗蚀剂)、 掩模对准以及暴光和显影。在期望表面上的光致抗蚀剂中限定了特征之后,可以通过在光 致抗蚀剂层中蚀刻一个或多个间隙来对界面层进行图案化,并且可以随后去除光致抗蚀剂 层(例如,通过使用液体光致抗蚀剂脱模机、通过经由施加含氧等离子体的灰化、或者另一 去除工艺)。

[0089] 在某些实施例中,界面层(例如,可布置在顶侧电极与SAM之间)包括适合于形成有 机硅烷SAM的羟基化氧化物表面。包括羟基化氧化物表面的优选界面层材料是二氧化硅 [Si02]。并入羟基化氧化物表面以用于形成界面层的替换材料包括二氧化钛[Ti02]、五氧化 二钽[Ta205]、氧化铪[Hf02]、或氧化铝[Al203]。并入羟基化氧化物表面的其他替换材料对于 本领域技术人员将是已知的,并且这些替换物被认为在本公开的范围之内。

[0090] 在其他实施例中,界面层(例如,可布置在顶侧电极与SAM之间)、或没有上覆界面 层的至少一个电极包括金或适合于接收基于硫醇的SAM的另一贵金属(例如,钌、铑、钯、锇、 铱、铂或银),所述基于硫醇的SAM可以覆盖有功能化材料。

[0091]在并入电极材料遭受侵蚀的某些实施例中,可以在顶侧电极与界面层之间施加密 封性层。当贵金属(例如,金、铂等)用于顶侧电极时,密封性层可能是不必要的。如果提供的 话,密封性层优选地包括具有低水蒸气透过率(例如,不大于0.1 g/m2/天)的介电材料。在 沉积密封性层和界面层之后,可以在界面层上面形成SAM,其中在某些实施例中,SAM包括有 机硅烷材料。密封性层保护反应性电极材料(例如,铝或铝合金)在侵蚀性液体环境中免受 腐蚀,并且界面层促进SAM的适当的化学结合。

[0092] 在某些实施例中,可以经由一个或多个沉积工艺,诸如原子层沉积(ALD)、化学气 相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)来施加密封性层和/或界面层。在前述工艺中,ALD对于 沉积至少密封性层是优选的(并且还可能优选用于沉积界面层),这归因于其在器件特征上 面提供具有良好台阶覆盖的卓越保形涂层以便提供没有针孔的层结构的能力。此外,ALD能 够形成均匀薄层,其提供对声振动的相对小的阻尼,其将另外导致降级的器件性能。覆盖的 充分性对于密封性层(如果存在的话)避免下伏电极的侵蚀是重要的。如果ALD用于沉积密 封性层,则在某些实施例中,密封性层可以包括在从大约10 nm到大约25 nm的范围内的厚 度。在某些实施例中,密封性层厚度是大约15 nm,或者从大约12 nm到大约18 nm。相反地, 如果使用诸如化学气相沉积的另一工艺,则密封性层可以包括在从大约80 nm到大约150 nm或更多的范围内或者在从大约80 nm到大约120 nm的范围内的厚度。考虑前述工艺中的 两者,密封性层厚度的范围可以从大约5 nm到大约150 rnn。如果ALD用于沉积界面层,则界 面层可以包括在从大约5 nm到大约15 nm的范围内的厚度。在某些实施例中,界面层可以包 括大约10 nm,或者在从大约8 nm到大约12 nm的范围内的厚度。在某些实施例中,可以使用 其他界面层厚度范围和/或不同于ALD的沉积技术。在某些实施例中,可以在真空环境中顺 序地施加密封性层和界面层,由此促进在两个层之间的高质量界面。

[0093]如果提供的话,根据某些实施例,密封性层可以包括用作介电材料并且具有低水 蒸气透过率(例如,不大于0.1 g/m2/天)的氧化物、氮化物或氮氧化物材料。在某些实施例 中,密封性层包括氧化铝[Al203]或氮化硅[SiN]中的至少一种。在某些实施例中,界面层包 括Si〇2、Ti〇2或Ta2〇5中的至少一种。在某些实施例中,可以在单个密封性层中组合多种材 料,和/或密封性层可以包括多个不同材料的子层。优选地,进一步选择密封性层来促进与 声谐振器结构的下伏反应性金属(例如,铝或铝合金)电极结构的兼容性。尽管铝或铝合金 常常用作BAW谐振器结构中的电极材料,但是可以将各种过渡以及后过渡金属用于这样的 电极。

[0094] 在沉积界面层(可选地布置在下伏密封性层上面)之后,优选地在界面层上面形成 SAM。通常通过将固体表面暴露于具有展现对固体表面的强烈亲和性的化学基团的两亲分 子而形成SAM。当使用包括羟基化氧化物表面的界面层时,则有机硅烷SAM对于到羟基化氧 化物表面的附接是特别优选的。有机硅烷SAM促进通过硅-氧(Si-O)键的表面键合。更具体 地,有机硅烷分子包括水解敏感的基团和有机基团,并且因此对于将无机材料耦合到有机 聚合物是有用的。可以通过在存在痕量水的情况下将羟基化氧化物表面暴露于有机硅烷材 料以形成中间硅烷醇基从而形成有机硅烷SAM。这些基团然后与羟基化氧化物表面上的自 由羟基起反应以共价固定有机硅烷。可与并入羟基化氧化物表面的界面层兼容的可能的基 于有机硅烷的SAM的示例包括:3_ (2,3_环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)、3-巯基丙基 三甲氧基硅烷(MPTMS)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)以及十八烷基三甲氧基硅烷 (0TMS),包括其乙氧基和氯代变体。可以用于SAM的附加硅烷包括聚(乙二醇)(PEG)共轭变 体。本领域技术人员将认识到其他替换物存在,并且这些替换物被认为在本公开的范围之 内。示例性SAM可以包括在至少〇. 5 nm或更多的范围内的厚度。优选地,SAM容易与局部图案 化的界面层结合,但是不容易与其他邻近的材料层(例如,密封性层、压电材料和/或阻止材 料层)结合。

[0095]当使用包括金或另一贵金属的电极和/或界面层时,则可以使用基于硫醇(例如, 基于烷基硫醇)的SAM。烷基硫醇是具有包括烷基链的S-H头部基团、尾部基团以及脊柱的分 子。硫醇可以用在贵金属界面层上,这归因于硫磺对于这些金属的强烈亲和力。可以使用的 基于硫醇的SAM的示例包括但不限于:十二硫醇①DT)、11-巯基^^一烷酸⑽A)以及端羟基 (六乙二醇)十一烷硫醇(1-UDT)。这些硫醇包含相同的脊柱,但是不同的端基一一即,对于 DDT、MUA以及1-UDT分别的甲基(CH3)、羧基(COOH)以及端羟基六乙二醇(HO- (CH2CH2O) 6)。在 某些实施例中,可以通过在硫醇溶液中使用适合的溶剂(诸如无水乙醇)来孵化金表面从而 形成SAM。

[OO96]在形成SAM之后,可以在生物学上使SAM功能化,诸如通过接收至少一个功能化(例 如,特异性结合)材料。在某些实施例中,可以使用微阵列点样针或其他适合的方法来在SAM 上或上面施加特异性结合材料。在某些实施例中,可以在BAW谐振器结构(其包括基板)的仅 一部分上面的高尺寸容差的情况下对界面层进行图案化(例如,使用光刻掩蔽和选择性蚀 刻来限定界面层),可以在界面层上面施加SAM,并且可以将随后施加的特异性结合材料仅 附接到SAM。在某些实施例中,对界面层图案化可以提供比能够通过单独的微阵列点样所取 得的更高的对于定位特异性结合材料的尺寸容差。特异性结合材料的示例包括但不限于抗 体、受体、配体等等。特异性结合材料优选地被配置为接收预限定的目标物种(例如,分子、 蛋白质、DNA、病毒、细菌等)。包括特异性结合材料的功能化材料可以包括在从大约5 nm到 大约1000 nm或者从大约5 nm到大约500 nm的范围内的厚度。在某些实施例中,不同特异性 结合材料的阵列可以被提供在多谐振器结构(S卩,包括多个有效区的一个或多个谐振器结 构)的不同有效区上面,可选地与用来用作对比(或“参照”)区的没有特异性结合材料的一 个或多个有效区组合。在某些实施例中,功能化(例如,生物功能化)材料可以提供非特异性 结合效用。

[0097]某些实施例涉及包括如在本文中公开的BAW谐振器器件并且包括被布置成对流体 进行传导以接触至少一个功能化(例如,特异性结合)材料的流体通路(例如,通道)的流体 器件。这样的器件在尺寸方面可以是微流体的,并且包括至少一个微流体通道(例如,具有 不大于大约500微米或大约250微米或大约1〇〇微米的至少一个尺寸,诸如高度和/或宽度)。 例如,在制造体声波MEMS谐振器器件并且在其部分上面沉积界面层和SAM之后(可选地其以 前是沉积密封性层),可以通过以下来制造微流体器件:形成限定微流体通道的横向边界的 一个或多个壁,该微流体通道优选地包含至少一个声谐振器的有效区;然后施加盖或罩层 以围封微流体通道。在某些实施例中,可以在形成微流体通道的壁之后但是在施加盖或罩 层之前施加功能化(例如,特异性结合)材料。可以由任何适合的材料形成微流体通道的壁, 诸如SU-S负性环氧树脂抗蚀剂、其他光致抗蚀剂材料、或薄聚合材料和/或层压件的激光切 割“模板”层,可选地包括一个或多个自粘附表面(例如,粘附带)。在某些实施例中,可以与 一个或多个壁整体地形成盖或罩层(例如,经由模制或另一适合的工艺)以限定至少一个微 流体通道的上和横向边界,并且整体形成的盖/壁结构可以被施加(例如,粘附或另外接合) 在体声波谐振器结构的至少一部分上面以围封至少一个微流体通道。

[0098] 在某些实施例中,可以在SAM的一部分上面施加化学或生物学阻止材料以防止功 能化(例如,特异性结合)材料在BAW谐振器结构的一个或多个所选区(例如,与有效区隔开 的一个或多个区)上面的附接。用于给定分析的化学或生物学阻止材料(例如,阻止缓冲物) 的适当选择取决于存在于样本中的目标物种或分析物的类型。诸如高纯化蛋白质、血清或 牛奶的各种类型的阻止缓冲物可以用来阻止SAM上的自由位点。理想的阻止缓冲物将与远 离有效区的非特异性相互作用的所有潜在位点结合。为了优化阻止缓冲物以用于特定的分 析,可以使用实证检验来确定信噪比。没有单个化学阻止材料对于每个情形都是理想的,因 为每个抗体-抗原对都具有唯一的特性。

[0099]图8是包括微流体通道90的微流体器件88 (例如,生物化学传感器器件)的一部分 的示意性横截面视图,该微流体通道90从下面以并入谐振器结构14(如在图2A-2C中示出 的,尽管可以使用在本文中公开的任何BAW谐振器结构)的BAW谐振器器件46为界,在横向上 以壁92为界,并且从上面以限定上或顶表面流体端口 96A、96B的盖或罩层94为界。流体器件 88包括覆盖有声反射器16 (其包括交替的低声阻抗和高声阻抗层18、20)的基板12,以及一 般布置在压电材料22以下的底侧电极24 (包括有效片段32)。顶侧电极26 (包括有效中央部 分38以及左和右迹线40A、40B)在压电材料22的一部分上面延伸,其中布置在顶侧电极26与 底侧电极24之间的压电材料22的部分包括有BAW谐振器器件46的有效区28。有效区28被无 效区42包围,其中有效区边界44布置在它们之间。顶侧电极26和压电材料22覆盖有密封性 层80、界面层82以及自组装单分子层(SAM) 84。可选地,远离有效区28延伸的SAM 84的部分 能够覆盖有化学或生物学阻止材料(未示出)以防止特异性结合材料的附接。与有效区28配 准的SAM 84的一部分覆盖有布置成结合特异性分析物98的功能化(例如,特异性结合)材料 86 〇

[0100] 在横向上从有效区28移位的壁92从密封性层80向上延伸以限定包含有效区28的 微流体通道90的横向边界。这样的壁90可以由任何适当的材料形成,诸如薄聚合材料和/或 层压件材料的激光切割“模板”层,可选地包括一个或多个自粘附表面(例如,粘附带)。可选 地,这样的壁92可以在沉积SAM 84、功能化材料86以及化学或生物学阻止材料之前用SU-8 负性环氧树脂抗蚀剂或其他光致抗蚀剂材料来形成。进一步提供限定流体端口 96A、96B的 盖或罩层94来提供针对微流体通道90的上边界。可以通过在适当材料(例如,本质上惰性的 聚合物、玻璃、硅、陶瓷等等)的层中限定端口 96A、(例如,经由激光切割或喷水切割)并 且将盖或罩层94粘附到壁92的顶表面来形成盖或罩层94。

[0101]在使用流体器件88时,可以将流体样本供应穿过第一流体端口 96A到在有效区28 上面的微流体通道90中,并且穿过第二流体端口96B以离开微流体通道90。如在图8中示出 的,由流体样本供应的分析物98被与功能化(例如,特异性结合)材料86结合。当通过向底和 顶侧电极24、26供应电气(例如,交流)信号而在有效区28中诱导体声波时,体声波谐振器结 构的频率性质、幅度大小性质或相位性质中的至少一个的改变的检测指示与功能化材料结 合86的目标物种(即,分析物)的存在和/或量。

[0102]本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有这样的改 进和修改被认为在本文中公开的概念以及所附权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种微机电系统(MEMS)谐振器器件,包括: 基板;以及 布置在基板的至少一部分上面的体声波谐振器结构,该体声波谐振器结构包括压电材 料,其包括具有主要与基板的面的法线不平行的取向分布的c轴,布置在压电材料上面的顶 侧电极,以及布置在压电材料与基板之间的底侧电极,其中压电材料的至少一部分被布置 在顶侧电极与底侧电极之间以形成有效区; 其中有效区被无效区横向包围,并且无效区的至少一部分的压电材料的厚度小于有效 区的压电材料的厚度,使得至少沿着有效区的边界的无效区的上部分没有压电材料,从而 限定沿着至少有效区的压电材料的相对横向边缘的上部分的至少一个不连续性,其中该至 少一个不连续性被配置成减小在体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向位移的 方向上对有效区的机械夹紧。
2. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中: 布置在顶侧电极与底侧电极之间的压电材料的至少一部分包括标称厚度;并且 有效区的横向周界的至少一部分以具有在从标称厚度的0%到大约50%的范围内的厚度 的压电材料的减小厚度部分为界。
3. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中: 有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向位移的方向平行的长 度,该长度在有效区的第一纵长端与第二纵长端之间延伸;以及 至少一个不连续性至少部分地以第一纵长端和第二纵长端为界。
4. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中,至少一个不连续性包围有效区的周界 的至少大约60%。
5. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中,体声波谐振器结构包括布置在基板与 底侧电极之间的声反射器结构。
6. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中,基板限定凹进部,并且在该凹进部与 体声波谐振器结构之间布置支撑层。
7. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中: 有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向位移的方向平行的长 度, 有效区包括与该长度垂直的宽度;并且 该长度大于该宽度。
8. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中: 有效区包括与体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向位移的方向平行的长 度,并且包括与该长度垂直的宽度;并且 压电材料包括在与有效区的长度垂直的方向上延伸并且在有效区的纵长端中间接触 有效区的至少一个锚定部分。
9. 根据权利要求8所述的MEMS谐振器器件,其中,顶侧电极或底侧电极中的至少一个的 至少一部分沿着压电材料的至少一个锚定部分延伸。
10. 根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,进一步包括在有效区的横向边缘上面布置 的介电材料。
11.根据权利要求1所述的MEMS谐振器器件,其中,在顶侧电极、底侧电极或者有效区的 至少一个横向边缘中的至少一个的至少一部分上面布置密封性层。
12. —种流体器件,包括: 根据权利要求1至11中的任一项所述的MEMS谐振器器件; 布置在有效区的至少一部分上面的至少一个功能化材料;以及 包含有效区的流体通道。
13.根据权利要求12所述的流体器件,其中,至少一个功能化材料包括特异性结合材料 或非特异性结合材料中的至少一种。
14.根据权利要求12所述的流体器件,进一步包括布置在至少一个功能化材料与顶侧 电极之间的自组装单分子层。
15.根据权利要求14所述的流体器件,进一步包括布置在顶侧电极与自组装单分子层 之间的界面层。
16. —种用于生物学或化学感测的方法,该方法包括: 将包含目标物种的流体供应到根据权利要求12所述的流体器件的流体通道中,其中所 述供应被配置成使目标物种中的至少一些与至少一个功能化材料结合; 在有效区中诱导体声波;以及 感测体声波谐振器结构的频率性质、幅度大小性质或相位性质中的至少一个的改变, 以指示与至少一个功能化材料结合的目标物种的存在或量中的至少一个。
17.—种用于制造微机电系统(MEMS)谐振器器件的方法,该方法包括: 形成基底结构,其包括基板、布置在基板的至少一部分上面并且包括具有主要与基板 的面的法线不平行的取向分布的c轴的压电材料、以及布置在基板与压电材料的至少一部 分之间的底侧电极,其中压电材料包括标称厚度; 去除压电材料的一部分以限定具有在从标称厚度的〇%至大约50%的范围内的厚度的压 电材料的减小厚度部分;以及 在压电材料的一部分上面形成顶侧电极,其中包括标称厚度的压电材料的至少一部分 被布置在顶侧电极与底侧电极之间以形成体声波谐振器结构的有效区; 其中,有效区的横向周界的至少一部分以压电材料的减小厚度部分为界,从而限定至 少一个不连续性,其被配置成减小在体声波谐振器结构的剪切模式操作中的最大横向位移 的方向上对有效区的机械夹紧。
18.根据权利要求17所述的方法,进一步包括:在顶侧电极、底侧电极或者有效区的至 少一个横向边缘中的至少一个的至少一部分上面沉积密封性层。
19.根据权利要求17所述的方法,进一步包括:在顶侧电极的至少一部分上面形成自组 装单分子层,以及在自组装单分子层的至少一部分上面施加至少一个功能化材料,其中至 少一个功能化材料的至少一部分与有效区配准。
CN201680079594.7A 2015-11-20 2016-11-21 具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应的声谐振器 CN108474765A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562257954P true 2015-11-20 2015-11-20
US62/257954 2015-11-20
PCT/US2016/063008 WO2017087929A1 (en) 2015-11-20 2016-11-21 Acoustic resonator with reduced mechanical clamping of an active region for enhanced shear mode response

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108474765A true CN108474765A (zh) 2018-08-31

Family

ID=57543182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680079594.7A CN108474765A (zh) 2015-11-20 2016-11-21 具有对有效区的减小的机械夹紧以用于增强的剪切模式响应的声谐振器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10326425B2 (zh)
EP (1) EP3377886A1 (zh)
JP (1) JP2018537672A (zh)
CN (1) CN108474765A (zh)
WO (1) WO2017087929A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10371667B2 (en) * 2015-11-16 2019-08-06 Qorvo Us, Inc. BAW sensor with passive mixing structures
WO2019010275A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 Aviana Molecular Technologies, Llc Methods and apparatus for interfacing sensors with fluid materials

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640756A (en) 1983-10-25 1987-02-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of making a piezoelectric shear wave resonator
JP2005236337A (ja) * 2001-05-11 2005-09-02 Ube Ind Ltd 薄膜音響共振器及びその製造方法
AU2003250294A1 (en) 2002-07-19 2004-03-03 Siemens Aktiengesellschaft Device and method for detecting a substance with the aid of a high frequency piezo-acoustic thin film resonator
US20050148065A1 (en) 2003-12-30 2005-07-07 Intel Corporation Biosensor utilizing a resonator having a functionalized surface
DE102005043034A1 (de) * 2005-09-09 2007-03-15 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bewegung einer Flüssigkeit
CN103403538B (zh) 2010-10-20 2016-06-01 快速诊断技术公司 利用共振传感器测量结合动力的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017087929A1 (en) 2017-05-26
US20170149408A1 (en) 2017-05-25
EP3377886A1 (en) 2018-09-26
US10326425B2 (en) 2019-06-18
JP2018537672A (ja) 2018-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Länge et al. Surface acoustic wave biosensors: a review
Pang et al. Piezoelectric microelectromechanical resonant sensors for chemical and biological detection
CN1849016B (zh) 具有疏水层的电容式麦克风
JP3965026B2 (ja) 基板実装型バルク波音響共鳴器の空洞全体にまたがる下部電極
US20060125489A1 (en) Device and method for detecting a substance
DE69827767T2 (de) Gewichtssensor und verfahren zur bestimmung der masse
US8975984B2 (en) Micro-electro-mechanical transducer having an optimized non-flat surface
US20050269904A1 (en) Thin film bulk acoustic resonator and method of manufacturing the same
CN1293371C (zh) 超声波传感器、制造超声波传感器的方法及超声波流量计
US6571445B2 (en) Method for making acoustic transducer
US20060237806A1 (en) Micromachined microphone and multisensor and method for producing same
US20050200241A1 (en) Multiple element electrode cMUT devices and fabrication methods
US7619347B1 (en) Layer acoustic wave device and method of making the same
US8283835B2 (en) Guided bulk acoustic wave device having reduced height and method for manufacturing
US6953977B2 (en) Micromechanical piezoelectric device
US5852229A (en) Piezoelectric resonator chemical sensing device
US20030196477A1 (en) Acoustic wave sensor apparatus, method and system using wide bandgap materials
US7914740B2 (en) Biosensor utilizing a resonator having a functionalized surface
US6958255B2 (en) Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication
Wingqvist AlN-based sputter-deposited shear mode thin film bulk acoustic resonator (FBAR) for biosensor applications—A review
US8357981B2 (en) Transducer devices having different frequencies based on layer thicknesses and method of fabricating the same
CN100557969C (zh) 压电薄膜谐振器及采用该压电薄膜谐振器的滤波器
US7612483B2 (en) Harmonic cMUT devices and fabrication methods
US20080297281A1 (en) Piezo-on-diamond resonators and resonator systems
US20020115198A1 (en) Microfabricated ultrasound array for use as resonant sensors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1260243

Country of ref document: HK