CN110632171A - 传感器、形成传感器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开的传感器可以包括至少一个谐振器(在一些实施例中，至少两个谐振器)和可以与谐振器联合形成的各种其它结构。在实施例中至少一个谐振器可以包括底电极、压电层、和顶电极，其中压电层被定位在底电极和顶电极之间。

Description

传感器、形成传感器的方法和装置
本申请是申请人为快速诊断技术公司，发明名称为传感器、形成传感器的方法和装置，申请号为201480029585.8，申请日为2014年5月23日的发明专利申请的分案申请。
背景技术
有许多仪器和测量技术用于与医学、兽医学、环境、生物危害、生物恐怖主义、农业商品、和食品安全相关的材料的诊断测试。诊断测试传统上需要长反应时间以获得有意义的数据，包含昂贵的远程或笨重的实验室设备，需要大样本量，利用多种试剂，要求训练有素的用户，以及可包含显著的直接和间接成本。例如，在人类和兽医诊断市场中，大多数测试需要从病人收集样本并在之后将其发送至实验室，在实验室中，结果在几小时或几天内是无法得到的。其结果是，护理者必须等待以治疗病人。
用于诊断测试和分析的方案的使用点(或当讨论人或兽医时的兴趣点)，虽然能够解决大部分所指出的缺点，但是在某种程度上仍然是有限的。甚至可用的一些方案的使用点相比于实验室测试被以敏感性和再现性限制。还有对于用户而言通常显著的直接成本，因为可能有对于可用的每个使用点的分开的系统。
发明内容
在此公开的是传感器，其包括至少第一谐振器，该至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，并且第一谐振器还具有底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；金属氧化物层，该金属氧化物层定位在第一谐振器的至少第二表面上，金属氧化物层具有从大约
Figure BDA0002171738270000011
至大约
Figure BDA0002171738270000012
的厚度并且金属氧化物层包含氧原子；硅烷层，硅烷层包含硅原子，硅烷层的硅原子被结合到金属氧化物层中的氧原子；以及分子识别成分层，该分子识别成分层包括分子识别成分并且分子识别成分层被结合到硅烷层。
还在此公开的是传感器，其包括至少第一和第二谐振器，第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面并且每个谐振器具有底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；在第一和第二谐振器二者的第一表面之下的布拉格反射镜堆叠；以及分子识别成分层，该分子识别成分层被定位为邻近第一和第二谐振器二者的第二表面，其中，至少第一和第二谐振器被串联连接。
还在此公开的是传感器，其包括至少第一和第二谐振器，至少第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个谐振器具有底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；耦合层，该耦合层；以及分子识别成分层，该分子识别成分层具有大体上圆形的形状并且分子识别层包括被结合到耦合层的分子识别成分。
还在此公开的是传感器，其包括至少第一和第二谐振器，至少第一和第二谐振器中的每个具有大体上相同的形状，并且第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个谐振器包括：底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；金属氧化物层，该金属氧化物层定位在第一和第二谐振器二者的至少第二表面上，金属氧化物层具有从大约
Figure BDA0002171738270000021
至大约
Figure BDA0002171738270000022
的厚度并且金属氧化物层包含氧原子；硅烷层，该硅烷层包括硅原子，硅烷层的硅原子被结合到金属氧化物层中的氧原子；以及分子识别成分层，该分子识别成分层包括被结合到硅烷层的分子识别成分，其中，至少第一和第二谐振器被串联连接。
还在此公开的是总成，其包括至少一个有源传感器和至少一个参考传感器。至少一个有源传感器和至少一个参考传感器可总体上包括底电极、压电层和顶电极。总成可进一步包括在此讨论的附加结构或成分。公开的总成中的至少一个参考传感器包括遍及至少一个参考传感器的参考结合材料层并且至少一个有源传感器包括遍及至少一个有源传感器的分子识别结合材料层。
还在此公开的是形成传感器的方法，其包括形成至少第一和第二谐振器，该第一和第二谐振器各自具有第一表面和相对的第二表面，第一和第二谐振器中的每个具有底电极；在底电极的至少一部分上的压电层；和在压电层的至少一部分上的顶电极；以及使金属氧化物层沉积在第一和第二谐振器二者的第二表面上，利用原子层沉积(ALD)使金属氧化物沉积。
还在此公开的是形成传感器的方法，其包括形成至少第一和第二谐振器，该第一和第二谐振器各自具有第一表面和相对的第二表面，第一和第二谐振器中的每个具有底电极；在底电极的至少一部分上的压电层；和在压电层的至少一部分上的顶电极；以及在至少第一和第二谐振器的第二表面上形成耦合层；以及使分子识别成分组合物沉积在耦合层上，以大体上圆形的形状沉积覆盖至少第一和第二谐振器二者的分子识别成分。
这些以及其它各种特征将通过阅读以下具体实施方式和相关附图而显而易见。
附图说明
图1A和1B是说明性公开的传感器的剖面图(图1A)和俯视图(图1B)的示意性描述。
图2A和2B是包括公开的传感器的说明性公开的总成的剖面图(图2A)和俯视图(图2B)的示意性描述。
图3描述了说明性公开的传感器的剖面图。
图4描述了说明性公开的传感器的剖面图。
图5A和5B描述了说明性公开的传感器的剖面图(图5A)和俯视图(图5B)。
图6A到6D是各种谐振器的史密斯平面图(Smith plots)。
示意图不一定是按比例的。用在附图中的相同的附图标记指代相同的部件、步骤和诸如此类。然而，应该理解的是，用附图标记指代在给定附图中的部件并不旨在限制另一附图中标记有相同附图标记的部件。此外，用不同附图标记指代部件并不旨在指示不同编号的部件不能是相同或相似的。
具体实施方式
公开的传感器可包括至少一个谐振器(在一些实施例中，至少两个谐振器)和可以与谐振器联合的各种其它的结构。在实施例中的至少一个谐振器可以包括底电极、压电层、和顶电极。
在一些实施例中，公开的传感器可包括至少第一和第二谐振器、在谐振器的一个表面上的含氧层、在含氧层上的耦合层和在耦合层上的分子识别层。图3描述了传感器300的说明性实施例，传感器300包括第一谐振器302、含氧层340、耦合层330、以及分子识别层320。在一些实施例中，含氧层可以具有仅仅
Figure BDA0002171738270000041
的厚度，并且在一些实施例中不大于
Figure BDA0002171738270000042
在一些实施例中，传感器可以包括至少第一谐振器，至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，并且第一谐振器包括底电极；压电层；和顶电极，其中压电层被定位在底电极和顶电极之间；金属氧化物层定位在至少第一谐振器的第二表面上，金属氧化物层具有从大约
Figure BDA0002171738270000043
至大约
Figure BDA0002171738270000044
的厚度并且金属氧化物层包括氧原子；硅烷层，硅烷层包括硅原子，硅烷层的硅原子结合到金属氧化物层中的氧原子；以及分子识别成分层，该分子识别层包括分子识别成分并且分子识别成分结合到硅烷层。在一些实施例中，这样的传感器也可以包括至少第二谐振器，该第二谐振器包括底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间。
形成这样的传感器的方法也在此公开。形成传感器的说明性方法可以包括形成至少第一和第二谐振器，该第一和第二谐振器各自具有第一表面和相对的第二表面，第一和第二谐振器中的每个包含底电极；在底电极的至少一部分上的压电层；和在压电层的至少一部分上的顶电极；以及将金属氧化物层沉积在第一和第二谐振器二者的第二表面上，利用原子层沉积(ALD)沉积金属氧化物层。在一些实施例中，可利用例如原子层沉积(ALD)形成含氧层。
在此公开的是谐振传感器，其可起薄膜体声波谐振器(TFBAR)传感器的作用。TFBAR传感器包括由束缚在电极的相对侧的一层压电材料。当传感器由谐振器的共振带中的信号驱动时，传感器的两个表面会经受振动运动。谐振器的一个表面可适合于为待分析的样品中感兴趣的分析物提供结合位点。谐振器的表面上的感兴趣的材料的结合改变了传感器的谐振特性。这样的改变可被检测和分析以提供关于感兴趣的分析物的定量信息。通常，当感兴趣的结合材料被尽可能紧密地物理地结合到传感器自身时(压电材料束缚在电极的相对侧)，谐振传感器提供更好的结果。为此，传感器通常通过使用为感兴趣的分析物提供结合所必需的最小可能的材料和/或层来制造。
以前使用可以将感兴趣的样本的成分直接结合至顶电极的传感器附接材料。相反，公开的传感器的一些实施例可以包括至少一个附加的层，其在顶电极的顶部上、在可以结合感兴趣的样本的成分的材料之前。在一些实施例中，附加层中的一个可包括氧原子，该氧原子可以在之后被结合到耦合层，能够结合感兴趣的材料的材料可以被结合至耦合层。令人惊讶的是，在顶电极和之间的附加层的添加——其使感兴趣的材料(例如，大部分感兴趣的材料)远离传感器移动——不会使由传感器提供的信号减少，并且在一些实施例中可以实际上提供来自于传感器的更好的信号。人们认为但不依赖的是，设置在顶电极上的含氧层可以为传感器提供刚性。致使传感器更刚性可减少谐振的阻尼，从而保持或者甚至增加来自于传感器的信号。
在一些实施例中，公开的传感器可以包括被串联电连接的至少第一和第二谐振器、在第一和第二谐振器之下的布拉格反射镜堆叠和在第一和第二谐振器之上的分子识别成分层。图4描述了传感器400的说明性实施例，其包括第一谐振器402、第二谐振器412、布拉格反射镜堆叠415、和分子识别层420。在一些实施例中，传感器可以至少包括至少第一和第二谐振器，第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面并且每个谐振器具有底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；在第一和第二谐振器二者的第一表面之下的布拉格反射镜堆叠；和被定位为邻近第一和第二谐振器二者的第二表面的分子识别成分层，其中至少第一和第二谐振器被串联连接。
具有邻近的配置的第一和第二谐振器——例如，比如在图4中描述的谐振器——可以变成通过基片耦接，它们形成在基片上。这样的耦接可以被认为是不良的。声学的布拉格反射镜堆叠的使用可用于减轻这样的耦接。虽然通过布拉格反射镜堆叠减少这样的耦接可能是有利的，但是布拉格反射镜堆叠会产生寄生谐振。串联连接第一和第二谐振器可以减少或阻止可能的寄生谐振。串联连接第一和第二谐振器的电气和质量负载效果可以实际上等于(在一些实施例中，大于)单个谐振器减去布拉格反射镜堆叠诱发的寄生谐振。
在一些实施例中，公开的传感器可以包括至少第一谐振器、在第一谐振器上的耦合层和耦接至耦合层的分子识别成分层。图5A和5B描述了传感器500的说明性实施例的剖视图和俯视图，传感器500包括第一谐振器502、耦合层530和大体上圆形的分子识别层520。分子识别层520的大体上圆形的形状可以尤其在图5B中看到。应该注意的是，在这样的实施例中的至少第一谐振器可以具有任何配置，分子识别成分层520可以上覆盖不仅仅是至少第一谐振器，例如，至少第二谐振器、或它们的组合。在一些实施例中，公开的传感器可包括至少第一谐振器，该至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面并且谐振器具有底电极；压电层；和顶电极，其中，压电层被定位在底电极和顶电极之间；耦合层，该耦合层被定位为邻近至少第一谐振器的第二表面；以及分子识别成分层，该分子识别成分层具有大体上圆形的形状并且分子识别成分层包括结合耦合层的分子识别成分。
形成这样的传感器的方法也在此公开。说明性方法可以包括形成至少第一谐振器，该第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，第一谐振器具有底电极；在底电极的至少一部分上的压电层；和在压电层的至少一部分上的顶电极；以及在至少第一谐振器的第二表面上形成耦合层；以及使分子识别成分组合物沉积在耦合层上，使分子识别成分组合物沉积以致形成具有大体上圆形的形状、覆盖至少第一谐振器的分子识别成分层。
这样的传感器的整体大体上圆形的形状可通过形成分子识别成分层(结合感兴趣的分析物的材料)的方式至少部分地形成。大体上圆形的形状可提供使用最小量的包含分子识别成分的组合物，因为随着包含分子识别成分的组合物以逐滴的方式被沉积在形成的传感器上，固有的表面/液体相互作用——例如，接触角以及表面张力——会自然地提供大体上圆形的形状，如同组合物挥发中的溶剂。
关于公开的传感器的任何特定的部分或可选部分的任何在此详细公开的内容可被使用作为任何上述类型传感器可适用的。而且，总成或其它公开的装置可使用任何上述公开的类型的传感器(可选择地包括在此讨论的任何特征)。
公开的传感器可以通过它们的整体形状描述。公开的传感器可以具有各种形状。在一些实施例中，公开的传感器可以是正方形的、矩形的、六边形的、圆形的、或实质上任何其它形状的。在一些实施例中，公开的传感器可以具有圆形的形状。公开的单传感器可包括至少两个谐振器。在一些实施例中，作为单传感器的部分的至少两个谐振器可以具有大体上相同的形状。在一些实施例中，至少两个谐振器可具有不同的形状。
在一些实施例中，单传感器可以包括以这样的方式配置的至少两个谐振器，即，包含至少两个谐振器的区域的整体形状可以用于描述传感器并且可以被称为谐振器的配置。在一些实施例中，传感器的整体形状和谐振器的配置可以是相同的，并且在一些实施例中，传感器的整体形状和谐振器的配置可以是不同的。在一些实施例中，作为单传感器的部分的至少两个谐振器可以具有相同的大体上半圆形的形状，提供整体大体上圆形的谐振器配置，例如，具有配置有面向彼此的半圆形的平面的两个大体上半圆形的谐振器。在一些实施例中，四(4)个谐振器可以在传感器中使用，例如，四个谐振器中的每个成形为类似圆的四分之一(1/4)。在这样的实施例中的整体谐振器配置可以被描述成大体上圆形的。在一些实施例中，至少两个谐振器可以具有当配置在公开的传感器中时形成大体上圆形的形状的至少两种不同的形状。例如，一个谐振器可以是圆的四分之一(1/4)，并且另一个谐振器可以是圆的其它四分之三(3/4)。在这样的实施例中的整体谐振器配置可被描述成大体上圆形的。在一些实施例中，四(4)个谐振器——例如，具有大体上正方形(或矩形)形状——可以形成和配置成更大的大体上正方形(或矩形)形状。在这样的实施例中的整体谐振器配置可以被描述成正方形或矩形的。具有正方形(或矩形)谐振器配置的实施例，例如，可以具有大体上圆形传感器形状。在传感器形状和谐振器配置不同的实施例中，传感器形状可以被形成在其上的分子识别成分层(描述如下)的形状决定或控制。
一些公开的传感器的整体大体上圆形的形状可以通过形成分子识别成分层(结合感兴趣的分析物的材料)的方式至少部分地形成。大体上圆形的分子识别成分层形状以可提供使用最小量的包含分子识别成分的组合物，因为随着包含分子识别成分的组合物以逐滴的方式被沉积在形成的传感器上，固有的表面/液体相互作用——例如，接触角以及表面张力——会自然地提供大体上圆形的形状。
在一些实施例中，具有大体上圆形传感器形状的传感器与形成在其上的氧化层和分子识别成分层的组合可以提供TFBAR传感器，TFBAR传感器在用于检测和量化样本中的感兴趣的分析物的更大系统中可能是有用的。
图1A和1B描述了说明性公开的传感器。公开的传感器可以大体上包括至少第一和第二谐振器。一些公开的传感器还可以包括含氧层、耦合层、和分子识别成分层。图1A示出了说明性的传感器100。说明性的传感器100包括第一谐振器102和第二谐振器112。在一些实施例中，第一谐振器102和第二谐振器112可以是大体上相同的，并且在一些实施例中，它们可以是在一个或一个以上的方面不同的。第一谐振器102和第二谐振器112的每个分别具有第一表面105和115和分别相对的第二表面107和117。第一谐振器102和第二谐振器112可以相距一定距离定位。该距离在图1B中被描述成d。在一些实施例中，第一谐振器102和第二谐振器112可以以至少1微米(μm)间隔(d)，并且在一些实施例中，它们可以以至少45μm间隔(d)。在一些实施例中，第一谐振器102和第二谐振器112可以间隔不超过100μm(d)，并且在一些实施例中，它们可以间隔不超过75μm(d)。在一些实施例中，两个谐振器之间的间距不必要是恒定的；两个谐振器之间的间距不必要和两个其它谐振器之间的间距相同、或它们的任何组合。
每个谐振器——例如，至少第一谐振器102和第二谐振器112——可包括底电极104和114、压电层106和116以及顶电极108和118。压电层106和116被定位在底电极104和114以及顶电极108和118之间。未在图1A中描述的附加层也可被散置在指出的层之间、之上、之下、或它们的组合。
应该注意的是，第一谐振器102和112的底电极104和114可以是单层的部分。压电层106和116以及顶电极108和118也是如此。这意味着至少两个谐振器的底电极(或底电极、顶电极、和压电层中的一个或两个)可以具有被共享的底电极(或其他组合)或者底电极(或其他组合)可以是不同的但由单材料层形成。在第一谐振器102和第二谐振器112包括由单材料层形成的至少两个结构(底电极、压电层、或顶电极)的实施例中，形成不同结构的材料层无需横穿容纳传感器的整个更大的装置(如果这的更大的结构存在)存在。例如，传感器可以包括由单层材料形成的底电极104和114；和由单层材料形成的压电层106和116。分别形成底电极和压电层的层无需完全一致。例如，压电材料的部分可以在横穿传感器的各个位置被移除。还应注意的是，公开的谐振器，例如，第一和第二谐振器102和112仅在底电极材料和顶电极材料与它们之间的压电材料重叠的位置形成。在一些实施例中，底电极104和114、压电层106和116以及顶电极108和118可以全部分别由底电极材料、压电材料、和顶电极材料的单独沉积层形成。还应注意的是，在一些实施例中，多个谐振器的多个底电极、顶电极、压电层、或它们的任何组合可以整体独立地形成独立的谐振器，但可能由单层材料形成。还应注意的是，底电极、压电层、和顶电极中的任何一个或底电极、压电层、和顶电极中的每个的形状可以不同于其它中的任何一个的形状。
第一和第二谐振器102和112可由不同的材料制造。在一些实施例中，底电极104和114可以由相同的材料制成。底电极104和114的说明性材料可以包括，例如，铝(Al)、金(Au)、钨(W)、铜(Cu)、钼(Mo)、和钽(Ta)。在一些实施例中，底电极104和114可都包括铝。在一些实施例中，顶电极108和118可以由相同的材料制成。顶电极108和118的说明性材料可以包括，例如，Au、Al、W、Cu、Mo、和Ta。在一些实施例中，顶电极108和118可以都包括金。在一些实施例中，压电层106和116可以由相同的材料制成。压电层106和116的说明性材料可以包括，例如，氮化铝(AlN)、氧化锌(Zn)、和锆钛酸铅(PZT)。在一些实施例中，压电层106和116可以都包括氮化铝。
在一些实施例中，至少第一和第二谐振器102和112可以被描述为具有大体上相同的形状。在一些实施例中，第一和第二谐振器可以各自被描述为具有半圆形的形状。图1B描述了包括都具有大体上半圆形的形状的第一谐振器102和第二谐振器112的说明性传感器的俯视图。传感器100可以被描述为具有大体上圆形的谐振器配置，具有配置为形成大体上圆形的谐振器配置的两个半圆形的谐振器102和112。传感器100还可被描述为具有大体上圆形传感器形状，因为分子识别成分层122(在下面讨论)具有大体上圆形的形状。
在特别说明的实施例中，大体上半圆形的第一和第二谐振器102和112中的每个可以通过共享大体上圆形的形状材料层的顶电极层108和118以及底电极层108和118形成，底电极层都是独立地大体上半圆形的和不同的(例如，具有跨越圆的直径的间隙的一圈底电极材料，该间隙具有宽度d)。顶电极、压电层、底电极、或它们的任何组合的材料的层可形成图案——或相反利用包括例如，印刷法的已知方法——以提供任何所需的形状，包括例如半圆形、圆形、正方形、矩形。
在一些实施例中，至少第一谐振器102和第二谐振器112(和附加的谐振器，如果存在的话)可以彼此串联电连接。需要注意的是，两个或更多个谐振器的电连接未描述在附图中。已经阅读了说明书的本领域技术人员将理解和知道如何串联连接至少第一谐振器102和第二谐振器112。至少第一谐振器102和第二谐振器112的串联连接通常使得从其接收信号，犹如从单谐振器接收那样。
谐振器Q值的定量和定性认识可以通过在史密斯圆图上绘制而获得，针对具有在谐振频率下等于(或归一化至)系统阻抗的阻抗的SMR谐振器，反射能量与施加能量的比(即，反射系数)随频率在一个电极被接地并且另一被接至信号的情况下变化。当施加能量的频率(例如，RF信号)增加时，SMR谐振器的量级/相位在史密斯圆图上以顺时针方式扫出圆。这被称为Q圆(Q-circle)。在Q圆首先与实轴线(水平轴线)交叉的情况下，这对应于串联谐振频率fs。真实阻抗(如以欧姆测量的)是Rs。随着Q圆在史密斯圆图的周长周围连续，其再次与实轴线交叉。第二点被标记为fp——SMR的平行或反谐振频率，其中Q圆与实轴线在第二点处交叉。在fp下的真实阻抗是Rp。
通常期望最小化Rs同时最大化RP。定性地，Q圆“抱住(hugs)”越接近史密斯圆图的外缘，装置的Q因子就越高。理想的无损的谐振器的Q圆的半径将为1并且将在史密斯圆图的边缘。
在其它不利影响中，横向模式有害地影响BAW谐振器装置的品质(Q)因子。尤其是，瑞利-兰姆模式的能量在不活跃区域和BAW谐振器装置的接口处丢失。将领会到的是，这样对于副振荡模的能量的丢失是所需的纵向模式的能量的丢失，并且最终是Q因子的降低。史密斯圆图可用于比较谐振器的副振荡模。
图6A至6D示出了各种谐振器的史密斯平面图。产生图6A至6D中所看到的史密斯平面图的谐振器是相同的，除了在此指定的特征之外。所有谐振器都具有AlN压电层。图6A示出了圆形的900MHz谐振器的史密斯平面图具有350μm直径。从平面图中的多个环看到寄生谐振是明显的。图6B示出了串联连接的两个圆2,250MHz谐振器的史密斯平面图。每个谐振器具有213μm的直径并且在两个之间是42μm。相比于仅具有单圆谐振器的图6A的谐振器，寄生谐振显著地减少。图6C示出了串联连接的两个半圆形2,250MHz谐振器的史密斯平面图。谐振器被放置在面对48μm间隙的平面侧并且整体圆形谐振器配置是具有350μm直径的圆。相比于图6A和6B的谐振器，寄生谐振减少了。图6D示出了串联连接的四个正方形2,250MHz谐振器的史密斯平面图。每个谐振器具有125μm的长度和宽度。四个谐振器以正方形形状配置具有在每个谐振器之间的42μm间隙。相比于图6A、6B、6C和6D的所有谐振器，寄生谐振减少了。
在一些实施例中，公开的传感器还可以包括含氧层。在图1A中描述的传感器100包括定位在第一和第二谐振器102和112的第二表面107和117上的含氧层140。在一些实施例中，含氧层140可以大体上横穿整个传感器存在。在一些实施例中，含氧层可具有至少
Figure BDA0002171738270000121
至少
Figure BDA0002171738270000122
至少
Figure BDA0002171738270000123
或至少的厚度。在一些实施例中，金属氧化物层可具有不大于
Figure BDA0002171738270000125
不大于不大于
Figure BDA0002171738270000127
或不大于
Figure BDA0002171738270000128
的厚度。
含氧层可以包括氧原子、包括氧原子的化合物、或二者。在一些实施例中，含氧层可以是氧化层，或更具体地，是金属氧化物层，并且可以包括任何金属氧化物。在一些实施例中，金属氧化物层可以包括TiO2、SiO2、A12O3、或ZnO。在一些实施例中，金属氧化物层可包括TiO2。金属氧化物层可以被描述为包括氧原子。氧原子可以用于化学地束缚或结合沉积在其上的层的材料。
含氧层可以利用各种方法沉积。在一些实施例中，含氧层可以利用原子层沉积(ALD)沉积。ALD可以提供氧化层，其相对薄、相对均匀、相对稠密，或其它的一些组合。ALD可以被描述为自限制过程，其形成层中的材料的薄膜并且可以因此可重复地产生均匀和非常薄的薄膜。
传感器还可包括耦合层。在图1A中公开的传感器100包括耦合层130。耦合层130可以大体上被描述为定位在含氧层140上。在一些实施例中，耦合层可以大体上横穿整个传感器100存在。在一些实施例中，耦合层可以被描述为组成耦合层的化合物的单层。在一些实施例中，耦合层130可以具有至少或至少
Figure BDA00021717382700001210
的厚度。在一些实施例中，耦合层130可以具有不大于
Figure BDA00021717382700001211
或至少不大于
Figure BDA00021717382700001212
的厚度。
在一些实施例中，耦合层130可以被更具体地描述为硅烷层或包括硅烷包含成分。硅烷层可以被更具体地描述为由硅烷偶联剂组成。硅烷偶联剂是硅基化学品，其在相同分子中包含无机反应性和有机反应性。通用结构可以被描述为(RO)3SiCH2CH2CH2-X，其中RO表示无机反应基团或可水解的基团(例如，甲氧基、乙氧基、乙酸基、硫醇、或乙醛)以及X表示包括有机反应基团的基团(例如，氨基、甲基丙烯酰氧基、或环氧基)并且X还可以包括额外的碳(-(CH2)n)以及可以包括或可以不包括官能团。在传感器100中，硅烷层130可以用于将金属氧化物层140耦接至分子识别成分层122。
可以用于形成硅烷层130的说明性材料可以包括，例如，(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、(3-氨丙基)三甲氧基硅烷、(3-缩水甘油醚氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-缩水甘油醚氧丙基)三乙氧基硅烷、(3-巯丙基)三甲氧基硅烷、(3-巯丙基)三乙氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、三乙氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、三甲氧基硅烷基(Trimethoxysilyl Alkyl)和醛三乙氧基硅烷基醛(AldehydeTriethoxysilyl Alkyl Aldehyde)。在一些实施例中，硅烷层130可以通过(3-缩水甘油醚氧丙基)三乙氧基硅烷形成。
传感器还可以包括分子识别成分层。在图1A中公开的传感器100包括分子识别成分层122。分子识别成分层122可以大体上被描述为被定位为邻近至少第一和第二谐振器，并且可以更具体地被描述为定位在耦合层130之上。在一些实施例中，分子识别成分层122可以大体上横穿整个传感器100存在。在一些实施例中，分子识别成分层122可以具有至少
Figure BDA0002171738270000131
或至少的厚度。在一些实施例中，分子识别成分层122可以具有不大于
Figure BDA0002171738270000133
或不大于
Figure BDA0002171738270000134
的厚度。
分子识别成分层122可以包括能够以这样的方式与感兴趣的分析物相互作用的任何材料，即，其允许分析感兴趣的分析物。分子识别成分可以包括选择性地结合至感兴趣的分析物的任何成分。通过举例的方式，分子识别成分可以从包含由以下组成的群组中选择：核酸、核苷酸、核苷、例如PNA和LNA分子这样的核酸类似物、蛋白质、缩氨酸、包括IgA、IgG、IgM、IgE的抗体、凝集素、酶、辅酶因子、酶作用物、酶抑制剂、受体、配体、激酶、蛋白质A、聚尿苷酸、聚腺苷酸、多聚赖氨酸、三嗪染料、硼酸、硫醇、肝素、多糖、考马斯蓝、天青A、金属结合肽、糖、碳水化合物、螯合剂、原核细胞和真核细胞。在一些实施例中，抗体可以被用于分子识别成分，并且在这样的实施例中，分子识别成分层122的厚度可以被描述为不小于
Figure BDA0002171738270000135
或在一些实施例中不小于
Figure BDA0002171738270000136
分子识别成分层122可以利用已知技术形成在(或更具体地结合在)耦合层130上。分子识别成分层中的一个或一个以上的单个元素或化学基团(包含两个或更多个元素)成分可以各自都被用化学方法束缚于，例如，耦合层130中的硅烷或一个以上硅烷。用于影响该结合的条件和程序步骤将被阅读说明书的本领域技术人员获知。还应注意的是，分子识别成分可以通过除了仅耦合层自身之外的附加的偶联剂或成分被结合到耦合层。在一些实施例中，抗体可以被用作分子识别成分并且其可以被结合到包括耦合层的环氧硅烷。
在一些实施例中，分子识别成分层122可以具有大体上圆形的形状。分子识别成分层122可以大体上被描述为覆盖至少第一和第二谐振器102和112二者。分子识别成分层122的形状可以部分地限定传感器100的形状(与如上所述的谐振器配置结合或根据如上所述的谐振器配置)。在一些实施例中，分子识别层可以是被设计用于至少覆盖叠加在至少第一和第二谐振器的区域上的整个表面的形状。在一些实施例中，分子识别成分层可以是覆盖多于叠加在至少第一和第二谐振器的区域上的整个表面的形状。在一些实施例中，分子识别成分层的大体上圆形的形状可以至少部分地归因于形成层的程序。这样的程序的细节在下面被描述。
如上所述的，第一和第二谐振器102和112可以选择性地包括未在图1A中描述的层。例如，设计用于促进两个层之间粘附的层、设计用于保护结构、层、或材料的层、设计用于提供其它功能的层、或它们的任何组合，可以选择性地包括在第一和第二谐振器中。
可选择的附加层的具体示例可以包括，例如，粘附层。例如，粘附层可以形成在压电层106和116的表面上。在一些实施例中，粘附层——如果包括在内——可以用于改进顶电极材料和压电层之间的粘附。在一些实施例中，粘附层——如果包括在内——可以包括与顶电极层的材料、压电层的材料、或二者相容的材料。可以用于粘附层的说明性的具体材料可以包括，例如，钛(Ti)、或铬(Cr)。在顶电极是金的一些实施例中，可选择的附加层可以包括，例如，Ti或Cr。在一些实施例中，粘附层——如果包括在内——可以具有至少
Figure BDA0002171738270000141
至少
Figure BDA0002171738270000142
或至少
Figure BDA0002171738270000143
的厚度。在一些实施例中，粘附层——如果包括在内——可以具有不大于
Figure BDA0002171738270000151
不大于
Figure BDA0002171738270000152
或不大于
Figure BDA0002171738270000153
的厚度。在一些实施例中，粘附层——如果包括在内——可以具有大约
Figure BDA0002171738270000154
的厚度。
说明性的传感器还可以包括未在上面讨论的可选择的成分。例如，在一些实施例中，传感器可以包括布拉格反射镜堆叠。在一些实施例中，布拉格反射镜堆叠——如果包括在内——可以被设置在至少第一和第二谐振器二者的底电极104和114之下。具有邻近配置的第一和第二谐振器——例如公开的传感器中使用的——可以通过它们形成在其上的基片成为耦接的。这样的耦接可能被认为是不良的。光学布拉格反射镜堆叠的使用可以用于减轻这样的耦接。虽然通过布拉格反射镜堆叠减轻这样的耦接可能是有利的，但是布拉格反射镜堆叠可以形成寄生谐振。将第一和第二谐振器串联连接以减少或阻止可能的寄生谐振。串联连接的第一和第二谐振器的电气和质量负载影响可以实际上等于(在一些实施例中，大于)单谐振器减去布拉格反射镜堆叠诱导的寄生谐振。
还在此公开的是总成或装置。公开的总成可以大体上包括至少一个有源传感器和至少一个参考传感器。在一些实施例中，总成可以包括至少一个参考传感器和两个或更多个有源传感器。这样的实施例可以是有利的，因为两个或更多个有源传感器将能够全部使用参考传感器。在一些实施例中，总成可以包括一个参考传感器和至少三个(例如)有源传感器。图2描述了总成200，该说明性的总成200包括有源传感器250和参考传感器260。有源传感器250包括第一谐振器102a和第二谐振器112a。参考传感器260也包括第一谐振器102b和第二谐振器112b。第一谐振器102a、第二谐振器112a、第一谐振器102b和第二谐振器112b，都包括底电极(104a、114a、104b、114b)、压电层(106a、116a、106b、和116b)和顶电极(108a、118a、108b、和118b)。谐振器的特征，例如，底电极、压电层、和顶电极可以包括上述公开的那些。
在一些实施例中，至少一个有源传感器250和至少一个参考传感器260可以，但不是必须地，具有大体上相同的形状。在一些实施例中，有源传感器250和参考传感器260可以都具有大体上圆形的传感器形状。至少一个有源传感器250和至少一个参考传感器260可以相距一定距离。图2B描述了相距距离D的有源传感器250和参考传感器260。在一些实施例中，有源传感器250和参考传感器260可以相距至少20μm的距离(D)。在一些实施例中，有源传感器250和参考传感器260可以相距至少50μm的距离(D)。在一些实施例中，有源传感器250和参考传感器260可以相距不大于2000μm的距离(D)。在一些实施例中，有源传感器250和参考传感器260可以相距不大于500μm的距离(D)。在包括一个有源传感器和一个参考传感器的一些实施例中，两个传感器可以相距从150μm至250μm的距离(D)，例如，相距大约200μm。
总成200还可以包括含氧层240和耦合层230。这些层可以是大体上如上所述的。在一些实施例中，含氧层240和耦合层230可以覆盖不仅仅是至少一个有源传感器250和至少一个参考传感器260。在一些实施例中，含氧层240和耦合层230可以大体上覆盖至少一部分基片的整个表面，至少一个有源传感器250和至少一个参考传感器260被定位在基片上。含氧层240和耦合层230的特征可以包括如上所述的那些。
总成200可以包括分子识别成分层209。在一些实施例中，分子识别成分层209可以仅覆盖位于至少一个有源传感器250之上的区域。在一些实施例中，分子识别成分层209可以覆盖超过叠加至少一个参考传感器260的区域但不在叠加任何至少一个参考传感器260的区域上。在一些实施例中，分子识别成分层209可以至少部分地限定有源传感器250的形状，例如，大体上圆形的形状。分子识别成分层的特征可以包括如上所述的那些。
总成200还可以包括参考结合材料层219。在一些实施例中，参考结合材料层219可以仅覆盖位于参考传感器260之上的区域。在一些实施例中，参考结合材料层219可以覆盖超过叠加至少一个参考传感器250的区域但不在叠加任何至少一个有源传感器250的区域上。在一些实施例中，参考结合材料层219可以至少部分地限定参考传感器260的形状。形成参考结合材料层219的材料可以选择以致样本中的待测试的材料不会明显地结合到参考结合材料层材料。在一些实施例中，形成参考结合材料层219的材料的分子量可以大体上类似于形成分子识别成分层209的材料的分子量。在一些实施例中，形成参考结合材料层的材料是不会明显地结合到样本中的待测试的任何材料的材料并且其分子量类似于形成分子识别成分层的材料的分子量。这样的实施例应提供来自于有源传感器250和参考传感器260的信号，其仅由于样本中的感兴趣的分析物而不相同。
参考结合材料的用于制成参考结合材料层的特定类型可以至少部分地取决于用于分子识别成分层的分子识别成分的特定类型。已经阅读本说明书的本领域技术人员将能够认识到所使用的特定分子识别成分的参考结合材料的可能类型。在抗体被用作分子识别成分的一些实施例中，参考结合材料可以包括，例如，待测试的样本中的不具有已知的特异性或对已知将不存在的材料的特异性的抗体的可比较的物种/子类型。
还在此公开的是形成传感器的方法。说明性的方法可以包括形成至少第一和第二谐振器、在至少第一和第二谐振器的表面上沉积含氧层、在含氧层上形成偶联剂层、和在偶联剂层上沉积分子识别成分。
还在此公开的是形成传感器的方法。说明性的方法可以包括形成至少第一谐振器，第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面；以及在至少第一谐振器的第二表面上形成耦合层；以及使分子识别成分组合物沉积在耦合层上，使分子识别成分组合物沉积以致形成具有大体上圆形的形状、覆盖至少第一谐振器的分子识别成分层。包含分子识别成分的组合物可以进一步包括溶剂或例如其它设计用于调节溶液的pH值、在液体或干燥状态中稳定蛋白质、或它们的组合的成分。包含分子识别成分的组合物可以进一步包括其它可选择的材料，包括例如帮助稳定分子识别成分的缓冲剂、盐、糖、其它成分、或它们的任何组合。溶剂，一旦包含分子识别成分的组合物被沉积，就可以被轻易地允许基于它的蒸汽压或可以被控制用于控制溶剂的挥发速率的条件(温度控制、湿度控制等)而挥发。
在一些实施例中，至少第一和第二谐振器可以在基片上形成，或更具体地在一些实施例中可以在硅晶圆上形成。用于沉积底电极、压电层、和顶电极的例如在此讨论的那些的材料的任何方法可以被用于形成底电极、压电层、和顶电极。说明性的类型的方法可以包括，例如，气相沉积法(例如，化学气相沉积法[例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法]、物理气相沉积法)、溅射法(例如，反应溅射法)、原子层沉积(ALD)法、和平板培养法(例如，电化学的或无电镀的)。而且，用于以图案或形状表示的层的任何方法也可以在此使用。说明性的类型的方法可以包括，例如，印刷法(例如，光刻法)、蚀刻法(例如，研磨、反应离子蚀刻、化学蚀刻)、和剥离技术。在此形成的第一和第二谐振器可以包括例如如上所述的那些的特征。如上所述的，第一和第二谐振器中的每个包括第一表面和相对的第二表面。
接下来的步骤可以包括使含氧层沉积，例如，使氧化层沉积在至少第一和第二谐振器上。更具体地，例如，氧化层可以被沉积在第一和第二谐振器二者的第二表面上。在一些实施例中，单层可以在第一和第二谐振器二者的第二表面上形成。在一些实施例中，可以形成一个以上的层以覆盖第一和第二谐振器二者的第二表面。在一些实施例中，单沉积步骤可以形成公开的氧化层，并且在一些实施例中，一个以上的沉积步骤可以用于形成公开的氧化层。
在一些实施例中，使氧化层沉积的步骤可以利用原子层沉积(ALD)完成。ALD通常被认为是薄膜沉积技术，其使用连续的气相化学程序。ALD过程通常使用前体，并通过使将要被覆盖的表面连续地暴露给前体，层在表面上生长。因为表面被以连续的方式暴露给前体，所以沉积过程是自限制的并因此相对易于控制沉积深度。在沉积TiO2的一些实施例中，可使用例如，四异丙氧钛(TTIP)或四-二甲基-氨基-钛(TDMAT)。
接下来的步骤可以包括在氧化层上形成耦合层。氧化层上的耦合层的形成可以大体上包括使包括偶联剂的组合物沉积在氧化层上。针对偶联剂与氧化层反应可能需要或可能不需要的条件可以至少部分地取决于所使用的特定的偶联剂。在一些实施例中，硅烷材料可以被用作偶联剂。公开的方法也可以选择性地包括移除组合物的未束缚的偶联剂和其它成分。这样的可选步骤可以在已经对偶联剂给予足够时间、合适的条件、或它们的一些组合以与氧化层反应之后开始进行。移除组合物的未束缚的偶联剂和其它成分的可选步骤可以通过例如利用不会溶解偶联剂的液体清洗表面来完成。
接下来的步骤可以包括在耦合层上形成分子识别成分层。在耦合层上形成分子识别成分层可以大体上包括使包括分子识别成分的组合物沉积在耦合层上。针对分子识别成分与耦合层反应可能需要或可能不需要的条件可以至少部分地取决于所使用的特定的偶联剂和特定的分子识别成分。公开的方法也可以选择性地包括移除组合物的未束缚的分子识别成分和其它成分。这样的可选步骤可在已经对分子识别成分给予足够时间、合适的条件、或它们的一些组合以与偶联剂在氧化层表面上的反应之后开始进行。移除组合物的未束缚的分子识别成分和其它成分的可选步骤可以通过例如利用不会溶解分子识别成分、偶联剂、或二者的液体清洗表面来完成。
在一些实施例中，在此公开的方法还可以包括其它可选步骤。例如，公开的方法还可以包括将第一和第二谐振器串联电连接的步骤。已经阅读说明书的本领域技术人员将理解如何将第一和第二谐振器串联电连接。在一些实施例中，将第一和第二谐振器串联电连接的可选步骤可以发生在沉积氧化层之前，针对偶联剂层的形成，或在沉积分子识别成分层之前。在一些实施例中，将第一和第二谐振器串联电连接的可选步骤可以发生在氧化层的沉积之前。
可以被用在公开的方法中的可选方法的另一示例可以包括放置晶圆的步骤。如上所述的，在此形成的传感器可以在基片上形成，例如，晶圆或更具体地在一些实施例中硅晶圆。用于形成公开的传感器的沉积过程通常可以通过在单硅晶圆上形成多个传感器而被更划算地执行。在方法中的形成多个第一和第二谐振器的任何点之后，在形成多个第一和第二谐振器所处的基片可被切割。在一些实施例中，仅包含第一和第二谐振器的基片的单个部分可通过切割形成。在一些实施例中，包含两个第一和第二谐振器的基片的单个部分，例如，如上所述的有源传感器和参考传感器，可以通过切割形成。在一些实施例中，放置的可选步骤可以发生在氧化层的沉积之前、偶联剂层的沉积之前、或在分子识别成分层的沉积之前。在一些实施例中，切割的可选步骤可以发生在氧化层的沉积之前。
可以用在公开的方法中的可选步骤的另一示例可以包括将传感器安装在电气连接板上的步骤。如上所述的，在此形成的传感器可以在基片上形成，例如，晶圆或更具体地在一些实施例中硅晶圆。包含一个或多个传感器的晶圆可以被附接至电气连接板。电气连接板也可以被称为印刷电路板(PCB)。包含一个或多个传感器的晶圆的附接可以涉及物理附接(例如，利用粘合剂)、和电气附接(例如，通过导电材料将连接至第一和第二谐振器的电触头电连接至电气连接板上的电触头)、或它们的组合。
具体说明性的方法的示例可以包括利用ALD通过四异丙氧钛(TTIP)或四-二甲基-氨基-钛(TDMAT)前体在约120℃至180℃沉积包含多个谐振传感器的硅晶圆上的金属氧化物层，或更具体地，TiO2。硅晶圆在之后被切割成包含有源传感器和邻近的参考传感器的部分。在切割之后，包含两个传感器的基片可以被装配和电力地连接至印刷电路板(PCB)。安装传感器的PCB在之后通过氧等离子体清洗程序清洗。清洗后的安装传感器的PCB之后具有利用气相沉积法沉积在其上的环氧硅烷(执行该步骤的一个方法的更具体的解释可以包括使腔排气、选择性地升高腔的温度、允许环氧硅烷挥发和浸透腔的环境、以及之后允许环氧硅烷沉积在安装传感器的PCB上)。涂覆有环氧硅烷的安装传感器的PCB于是可以具有包含缓冲组合物的抗体，缓冲组合物包含沾在其上的蔗糖。有斑点的安装传感器的PCB在之后被放置在温度可控的环境中并保持在约37℃大约30分钟。
在前述详细的说明中，公开了成分、组合物、产品和方法的多个特定实施例。应该理解的是，其它实施例被预期并且可以在不背离本发明的范围或精神的情况下进行。因此，以下详细的说明不被限制性地执行。
在此所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中通常使用的含义，除非另有规定。在此所提供的定义是为了便于在此频繁使用的某些术语的理解并且不意味着限制本公开的范围。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”包含具有复数对象的实施例，除非该内容另外明确规定。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”总体上以其包括“和/或”的意义使用，除非该内容另外明确规定。术语“和/或”是指所列出的元件中的一个或全部或所列出的元件中的任意两个或更多个的组合。
如在此所使用的，“有(现在时)”、“有(进行时)”、“包括(现在时)”，“包括(进行时)”，“包含(现在时)”，“包含(进行时)”或诸如此类以它们的开放式意义使用，并且总体上是指“包括，但不限于”。应该理解的是，“基本上由……组成”、“由......组成”以及诸如此类把“包含”以及诸如此类包括在内。如在此所使用的，“基本上由...组成”，当它涉及组合物、产品、方法或诸如此类时，是指组合物、产品、方法或诸如此类的成分限于所列举的成分和实质上不影响组合物、产品、方法或诸如此类的基本和新颖特征(一个或多个)的任何其它成分。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明的实施例。然而，在相同或其他情况下其他实施例也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不意味着其它实施例没有用，并且不旨在从本公开包括权利要求的范围排除其它实施例。
另外在此，端点的数值范围的叙述包括包含在该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等，或者，10或更小包括10、9.4、7.6、5、4.3、2.9、1.62、0.3等)。在值的范围是“直到”特定的值的情况下，该值包括在范围内。
在此参考的任何方向，例如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、以及其它方向和取向，为了清楚起见在此参考附图进行了描述并且不作为实际的装置或系统或装置或系统的使用的限制。在此所描述的装置或系统可以在若干方向和取向中使用。
因此，两部分总成的实施例被公开。上述实施方式和其它实施方式在以下权利要求的范围内。本领域技术人员将领会的是本发明可以通过不是公开的那些的实施例实施。公开的实施例被呈现用于说明性和非限制性的目的。

Claims (43)

1.一种传感器，包含：
至少第一谐振器，所述至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，并且所述第一谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
金属氧化物层，所述金属氧化物层定位在所述第一谐振器的至少所述第二表面上，所述金属氧化物层的厚度从大约至大约
Figure FDA0002171738260000012
并且所述金属氧化物层包含氧原子；
包含硅原子的耦合层，所述耦合层的硅原子被结合到所述金属氧化物层中的氧原子；以及
分子识别成分层，所述分子识别成分层包含分子识别成分并且所述分子识别成分被结合到硅烷层。
2.一种传感器，包含：
至少第一和第二谐振器，所述第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个所述谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
在所述第一和第二谐振器的所述第一表面之下的布拉格反射镜堆叠；以及
被定位为邻近所述第一和第二谐振器二者的所述第二表面的分子识别成分层；
其中，所述至少第一和第二谐振器被串联连接。
3.一种传感器，包含：
至少第一谐振器，所述至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，并且所述谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
耦合层，所述耦合层被定位为邻近所述至少第一谐振器的所述第二表面；以及
分子识别成分层，所述分子识别成分层具有大体上圆形的形状并且所述分子识别成分层包含被结合到所述耦合层的分子识别成分。
4.一种传感器，包含：
至少第一和第二谐振器，所述第一和第二谐振器中的每个具有大体上相同的形状，所述至少第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个所述谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
定位在所述第一和第二谐振器二者的至少所述第二表面上的金属氧化物层，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000021
至大约
Figure FDA0002171738260000022
并且所述金属氧化物层包含氧原子；
耦合层，所述耦合层包含硅原子，硅烷层的硅原子被结合到所述金属氧化物层中的氧原子；以及
分子识别成分层，所述分子识别成分层包含被结合到所述硅烷层的分子识别成分，
其中，所述至少第一和第二谐振器被串联连接。
5.根据权利要求1或3中任意一项所述的传感器，进一步包含至少第二谐振器。
6.根据权利要求2、4或5中任意一项所述的传感器，其中，所述至少第一和第二谐振器被串联电连接。
7.根据权利要求2、4或5中任意一项所述的传感器，其中，所述至少第一和第二谐振器具有大体上不同的形状。
8.根据权利要求2、4或5中任意一项所述的传感器，其中，所述至少第一和第二谐振器具有大体上相同的形状。
9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述至少第一和第二谐振器具有大体上半圆形的形状。
10.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述至少第一和第二谐振器具有大体上矩形的形状。
11.根据权利要求2或3中任意一项所述的传感器，进一步包含定位在所述至少第一谐振器的至少所述第二表面上的金属氧化物层。
12.根据权利要求1、或4-11中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层是从TiO2、SiO2、A12O3、或ZnO中选择的。
13.根据权利要求1、或4-12中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层是TiO2。
14.根据权利要求1、或4-13中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000031
至大约
Figure FDA0002171738260000032
15.根据权利要求1、或4-14中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000033
至大约
Figure FDA0002171738260000034
16.根据权利要求1、或4-15中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000035
至大约
Figure FDA0002171738260000036
17.根据权利要求1、或4-16中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层是利用原子层沉积来沉积的。
18.根据权利要求1、或4-17中任意一项所述的传感器，其中，所述金属氧化物层被沉积在所述传感器的整体上。
19.根据权利要求2所述的传感器，进一步包含耦合层。
20.根据权利要求3或19中任意一项所述的传感器，进一步包含定位在所述至少第一谐振器的至少所述第二表面上的氧化层。
21.根据权利要求20所述的传感器，其中，所述耦合层包含硅原子并且所述耦合层的硅原子被结合到所述金属氧化物层中的氧原子。
22.根据权利要求1、3-21中任意一项所述的传感器，其中，所述耦合层包含环氧硅烷。
23.根据权利要求1-22中任意一项所述的传感器，其中，所述分子识别成分是抗体。
24.根据权利要求1-23中任意一项所述的传感器，其中，所述分子识别成分层具有大体上圆形的形状。
25.根据权利要求1-24中任意一项所述的传感器，其中，所述传感器具有大体上圆形的形状。
26.根据权利要求1、或3-25中任意一项所述的传感器，其中，所述传感器进一步包含定位在所述至少第一谐振器的所述底电极之下的布拉格反射镜堆叠。
27.一种总成，包含：
至少一个有源传感器和至少一个参考传感器，其中，所述有源传感器和所述参考传感器中的每个包含：
至少第一谐振器，所述至少第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，并且所述第一谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
金属氧化物层，所述金属氧化物层定位在所述至少一个有源传感器和所述至少一个参考传感器二者的所述第一和第二谐振器的至少所述第二表面上，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000051
至大约
Figure FDA0002171738260000052
并且所述金属氧化物层包含氧原子；
耦合层，所述耦合层包含硅原子，硅烷层的硅原子被结合到所述金属氧化物层中的氧原子；
分子识别成分层，所述分子识别成分层的分子识别成分被结合到遍及所述至少一个有源传感器的所述耦合层；以及
参考结合材料层，所述参考结合材料层的参考结合材料被结合到遍及所述至少一个参考传感器的所述耦合层，
其中，参考结合材料不同于所述分子识别成分。
28.一种总成，包含：
至少一个有源传感器和至少一个参考传感器，其中，所述有源传感器和所述参考传感器中的每个包含：
至少第一和第二谐振器，所述第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个所述谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述第一和第二谐振器中的每个的所述底电极和所述顶电极之间，并且其中，所述有源传感器和所述参考传感器中的每个的所述至少第一和至少第二谐振器被独立地串联连接；以及
在所述至少一个有源传感器和所述参考传感器的所述第一和第二谐振器的所述第一表面之下的布拉格反射镜堆叠；
被定位为邻近所述有源传感器的所述第一和第二谐振器的所述第二表面的分子识别成分层；以及
被定位为邻近所述参考传感器的所述第一和第二谐振器二者的所述第二表面的参考结合材料层，
其中，参考结合材料不同于分子识别成分。
29.一种总成，包含：
至少一个有源传感器和至少一个参考传感器，其中，所述有源传感器和所述参考传感器中的每个包含至少第一谐振器，所述第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，所述至少一个谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间；
耦合层，所述耦合层被定位为邻近所述有源传感器和所述参考传感器的至少所述第一谐振器的所述第二表面，所述耦合层包含硅原子；
分子识别成分层，所述分子识别成分层的分子识别成分被结合到遍及所述至少一个有源传感器的所述耦合层，所述分子识别成分层具有大体上圆形的形状；以及
参考结合材料层，所述参考结合材料层的参考结合材料被结合到遍及至少一个参考传感器的所述耦合层，所述参考结合材料层具有大体上圆形的形状，
其中，所述参考结合材料不同于所述分子识别成分。
30.一种总成，包含：
至少一个有源传感器和至少一个参考传感器，其中，所述至少一个有源传感器和所述至少一个参考传感器中的每个包含：
第一和第二谐振器，所述第一和第二谐振器中的每个具有大体上相同的形状，并且所述第一和第二谐振器中的每个具有第一表面和相对的第二表面，并且每个所述谐振器包含：
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中，所述压电层被定位在所述底电极和所述顶电极之间，并且
所述有源传感器和所述参考传感器中的每个的所述第一和第二谐振器被独立地串联连接；
金属氧化物层，所述金属氧化物层定位在所述有源传感器和所述参考传感器的所述第一和第二谐振器的至少所述第二表面上，所述金属氧化物层的厚度从大约
Figure FDA0002171738260000071
至大约
Figure FDA0002171738260000072
并且所述金属氧化物层包含氧原子；
耦合层，所述耦合层包含硅原子，所述耦合层的硅原子被结合到所述金属氧化物层中的氧原子；
分子识别成分层，所述分子识别成分层的分子识别成分被结合到遍及所述至少一个有源传感器的所述耦合层；以及
参考结合材料层，所述参考结合材料层的参考结合材料被结合到遍及所述至少一个参考传感器的所述耦合层，
其中，所述参考结合材料不同于所述分子识别成分。
31.根据权利要求27-30中任意一项所述的总成，其中，所述总成包含至少一个参考传感器和至少两个有源传感器。
32.根据权利要求27-31中任意一项所述的总成，其中，所述总成包含至少一个参考传感器和至少三个有源传感器。
33.根据权利要求27-32中任意一项所述的总成，其中，所述至少一个有源传感器和所述至少一个参考传感器二者具有大体上相同的形状。
34.根据权利要求27-33中任意一项所述的总成，其中，所述至少一个有源传感器和所述至少一个参考传感器二者具有大体上圆形的形状。
35.根据权利要求1-26中任意一项所述的传感器被设置在包含至少一个其它传感器的总成中。
36.一种形成传感器的方法，包含：
形成至少第一谐振器，所述第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，所述第一谐振器包含底电极；在所述底电极的至少一部分上的压电层；和在所述压电层的至少一部分上的顶电极；以及
使金属氧化物层沉积在所述至少第一谐振器的所述第二表面上，利用原子层沉积(ALD)使所述金属氧化物沉积。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包含在所述金属氧化物层上形成包含耦合层的硅烷；以及
使分子识别成分组合物沉积在包含耦合层的硅烷上。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，使所述分子识别成分组合物沉积以便形成具有大体上圆形的形状、覆盖所述至少第一谐振器的分子识别成分层。
39.一种形成传感器的方法，包含：
形成至少第一谐振器，所述第一谐振器具有第一表面和相对的第二表面，所述第一谐振器包含底电极；在所述底电极的至少一部分上的压电层；和在所述压电层的至少一部分上的顶电极；以及
在所述至少第一谐振器的所述第二表面上形成耦合层；以及
使分子识别成分组合物沉积在所述耦合层上，使所述分子识别成分组合物沉积以便形成具有大体上圆形的形状、覆盖所述至少第一谐振器的分子识别成分层。
40.根据权利要求36或39所述的方法，进一步包含将所述第一和第二谐振器串联电连接。
41.根据权利要求36-40中任意一项所述的方法，进一步包含切割晶圆，所述传感器在所述晶圆上形成。
42.根据权利要求36-41中任意一项所述的方法，进一步包含将所述传感器安装在电气连接板上。
43.根据权利要求41或42所述的方法，其中，所述切割发生在形成所述耦合层之前。
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