JP2009085777A - 振動子チップ、検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】構造材料の特性に起因した損失が生じにくい振動子チップ、検出センサを提供することを目的とする。
【解決手段】ＳＯＩ基板を用い、その表面に形成する構造・配線層、振動子２０を、ＳＯＩ基板の高濃度Ｓｉ層７２によって形成した。さらに、高濃度Ｓｉ層７２上にメタルからなる導電体層７３を形成し、この導電体層７３に、検出電極３０ａ、駆動電極４０ａと入出力電極３０ｃ、４０ｃとを結ぶ信号配線を形成する配線導体５７と、接地導体とを形成した。このような配線構造により、配線導体５７と接地導体との間に一定の抵抗率を有する層が存在せず、高周波領域になっても信号配線による損失の増加が少なく、さらに信号の入出力間にできてしまう寄生結合容量を大きく減らすことが可能で、高性能な平面機械型の振動子２０を有した振動子チップ１００Ｂを提供できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、質量を有した物質の有無の検出、物質の質量の検出等を行うために用いるのに適した振動子チップ、検出センサに関する。

マイクロマシン／ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術などの微細加工技術の進展により、機械的な振動子を極めて小さく作ることが可能となっている。これにより振動子そのものの質量を小さく作ることが可能になったことから、分子レベルの極微小な物質（例えば分子やウイルス等）の付着による質量変化によっても、周波数やインピーダンス特性の変動が生ずるほどに高感度な振動子が実現しつつある。このような高感度な振動子を用いれば、極微小な物質の存在や量を検出できるセンサ等を構成することが可能となる。
機械的振動子の周波数変化等によって物質の量を検出する装置は、ＱＣＭ(Quarts Crystal Micro balance: 水晶天秤)センサとして良く知られている。これは、水晶振動子に物質が付着すると、付着したその質量に応じて振動周波数が変動する（下がる）性質を利用したもので、微小な質量を計測する質量センサとして優れた性能を有しており、さらに膜厚計（蒸着モニタ）としてもよく用いられている。
このような振動子は、その大きさが大幅に小さくなったことにより、振動子の周波数がＧＨｚレベルにまで高くなり、しかもＳｉを材料とすることができるため、半導体回路との一体化を目指した研究に発展しつつある。

また携帯電話などのパーソナル無線通信機等に盛んに用いられる高周波濾波器は、主に電気的共振器の小型化高性能化を図った誘電体共振器、音波の特性を利用した表面波濾波器（SAW Filter）、および水晶振動子の機械振動特性を用いた水晶濾波器（Quarts Crystal Filter）等があり、それぞれの特性を生かして携帯電話の高周波部などに広く用いられている。しかし、無線装置の更なる小型化や高周波数化などの高性能化と共に低価格化への要求も強いことから、これら従来の濾波器に変わり、半導体集積回路と一体化、すなわちOne-chip化による小型・低価格化が可能な新方式の高周波濾波器が求められている。ＭＥＭＳ加工技術で作成する機械振動子は、材料が半導体と同じＳｉを用いているため、その有力な候補である。そこで、ＭＥＭＳ振動子の高周波数化、高Ｑ値（High Quality Factor）化等を目的とする基礎的な研究、このＭＥＭＳ振動子を用いた高周波濾波器や発信器等への応用研究も盛んになってきた（例えば、非特許文献１参照。）。

このような振動子の一種として、ディスク状の振動子がある。ディスク状の振動子の機械的振動に関する基礎的研究は、古くから行われてきており、ディスク状の振動子の振動状態を規定する振動姿態（振動モード）等の基礎的研究は既に終了したと言っても良い。

C. T.-C. Nguyen, "Vibrating RF MEMS Technology : Fuel for an Integrated Microchemical Circuit Revolution?." The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers `05), Korea, June 5-9, 2005 特開２００６−３２９９３１号公報 特開２００７−１８７４８５号公報

しかし、上記したような、微小質量の付着によって振動特性が変化する振動子を用いたセンサや濾波器においては、さらなる高感度化、小型化、低価格化が常に求められている。そこで、ディスク状の振動子のＭＥＭＳ化に伴う研究課題として、高感度化のためのＱ値の向上、振動子の駆動・検出法、濾波器への応用を目的として振動子の組み合わせによる特性制御等があり、これらについては継続的に鋭意研究が行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。

本発明者らが鋭意検討を行った結果、振動子の高感度化という観点から、振動子を駆動するための配線構造に改善の余地があることを見出した。
前述したように、ＭＥＭＳ化した振動子デバイスは、Ｓｉを材料としている。ＭＥＭＳデバイスの適用周波数が高くなると、当然のことながら、デバイス材料に多用されているＳＯＩ基板の高周波損失特性やＭＥＭＳ振動子の高周波対応構造が非常に重要になってくるのである。

一般に、半導体材料であるＳｉは導電特性を持つため、いわゆる誘電体材料に比べて損失を表す誘電正接ｔａｎδが非常に大きな値になる。すなわち導体や誘電体および磁性体の特性を決める材料定数である誘電率ε、導電率σや透磁率μはＭａｘｗｅｌｌ’ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎでは以下のように関係付けられている。

すなわち透磁率μの磁性体に磁界Ｈがあると、その周りに電界Ｅが存在し、導電率σ、誘電率εの材料に電界Ｅがあると、その周りに磁界Ｈが存在することを表している。ここで材料が誘電体材料として見ると式（１）の第２項は次式のように変形して考えることができる。

ここにｔａｎδは誘電正接であり、次式の通りである。

このときこの誘電体による減衰定数α_ｄは式（１）の第１項の磁界Ｈの係数と式（２）の電界Ｅの係数を掛け算したものの平方根の実数部であり、次式の様になる。

すなわち、導電率を持つ誘電体は、周波数が高くなるに従い材料内での損失が増加する。従ってＭＥＭＳの構造材料と言えども高周波数化に当たっては材料特性の選択や、材料損失が生じにくいＭＥＭＳ構造が重要になってくる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、構造材料の特性に起因した損失が生じにくい振動子チップ、検出センサを提供することを目的とする。

上記したような解決すべくなされた本発明の振動子チップは、ディスク状の振動子と、振動子に対して間隙を隔てて設けられ、静電結合により振動子に電圧を加えて振動子を駆動する駆動電極と、振動子に対して間隙を隔てて設けられ、静電結合により振動子の振動による電圧の変化を検出する検出電極と、が基板に形成され、基板において、駆動電極および検出電極の信号配線が形成される層に、接地導体が形成されていることを特徴とする。
ここで、駆動電極および駆動電極の信号配線と、検出電極および検出電極の信号配線との間に、接地導体が配置されているのが好ましい。
また、接地導体は、振動子、駆動電極、検出電極、信号配線を囲むように形成されたものとすることができる。
振動子の電気的ポテンシャルを、接地導体と同一とするのも有効である。
このような振動子チップは、いかなる目的、用途に用いることもできる。

本発明は、質量を有した物質の付着または吸着により振動特性が変化するディスク状の振動子と、振動子を振動させる駆動電極と、振動子における振動の変化を検出することで、物質を検出する検出電極と、が基板に形成され、基板において、駆動電極および検出電極の信号配線が形成される層に、接地導体が形成されていることを特徴とする検出センサとすることもできる。
ここで、振動子は、その表面に物質が付着するようにする。また、この検出センサは、振動子に付着した物質の量を検出することができる。
物質を付着または吸着させるには、例えば、振動子の表面に、分子の吸着を効率よく行えるような吸着材料を付加しても良い。これには、グローバルな認識材と、選択認識材がある。グローバルな認識材は、選択性は強くないが、ある特定の分子群、例えばアルコールやエーテル等を吸着するポリマーである。これらのポリマーをナノファイバー化したり、またポーラスにして表面積を増やすことも有効である。また選択性の強い認識材としては、抗原−抗体反応を起こすような生物由来の材料や、アクセプター−レセプターの組み合わせや、遺伝子やＤＮＡ、ＲＮＡとハイブリダイゼーションする特定の塩基配列を持ったプローブ等がある。また、脂質二重膜でも良い。

このような検出センサにおいては、検出対象となる物質を特定の分子、あるいは特定の特性または特徴を有する複数種の分子とすることができる。これにより、例えば、ガス検出センサ、匂いセンサ等に本検出センサを用いることができる。これには、特定の分子としてガスや生体由来の分子、生活空間の浮遊分子、揮発性分子等を対象とする場合、特定種の分子のみを高い選択性を持って検出するのが望ましい。また、このように選択性の高い検出センサを複数用い、複数種の分子を認識したり、用途の応用範囲を広げることができる。また、グローバル認識と称される、特定の特徴を持った分子群や、同じ側鎖を持つ分子群等を検出することもできる。この場合、検出センサを複数用い、これら複数の検出センサ間における検出能の差から、信号処理やソフトフェアを用いた処理等によって分子群の認識を行うようにしても良い。また、液中で動作するように構成を変更して、特定のたんぱく質や酵素、糖鎖等を検出しても良い。

微小質量の検出は、薄膜形成の際の膜厚モニタ、抗体抗原反応や蛋白質吸着作用などのバイオ研究にも用いることができる。本発明の検出センサは、このような用途に好適である。
また、小型で安定な高感度な家庭用や個人用のガスセンサや、携帯性に優れる使い捨て型で空気中などに浮遊する有害物質の検出等の用途にも、本発明の検出センサや振動子を用いることも考えられる。更に高感度化が進めばその応用範囲はさらに広がり、「におい」の検出識別が可能となるまで発展することが可能であり、さらにこれ以外の用途に対しても、本発明の検出センサの利用を妨げるものではない。
しかも本発明の検出センサは、いわゆるＳｉ単結晶を構造材料として用いることで、ＭＥＭＳ技術により製造することができることから、Ｓｉ半導体と同一チップ内への作り込むことも可能となる。その場合、極めて安価でしかも高性能な微小物質の検出装置とすることができる。

本発明によれば、駆動電極および検出電極の信号配線が形成される層に、接地導体が形成される配線構造により、信号配線と接地導体との間に一定の抵抗率を有する層が存在せず、高周波領域になっても信号配線による損失の増加が少なく、さらに信号の入出力間にできてしまう寄生結合容量を大きく減らすことが可能で、高性能な平面機械型の振動子を有した振動子チップが提供できることになる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるセンサ（検出センサ）１０の基本的な構成を説明するための図である。
この図１に示すセンサ１０は、ディスク状で、全体として円形、矩形、あるいは適宜他の形状を有し、質量を有した分子等の検出対象物が付着すると振動周波数が変化するディスク型の振動子（振動子）２０を備えた振動子チップ１００と、振動子２０における振動特性の変化を検出する検出部３０と、振動子２０を振動させるための駆動部４０と、を備えている。

本実施の形態における振動子２０は、例えばＳｉによって形成され、外周部の所定位置が支持部２０ａによって支持固定された状態で、残る外周部が自由端となるように支持されている。
駆動部４０は、外部の図示しないコントローラで発生する電流によって、駆動電極４０ａ、４０ｂと振動子２０との間に生じる静電効果を用い、振動子２０を振動させる。
検出部３０は、検出電極３０ａ、３０ｂと振動子２０との間に生じる静電効果により、駆動部４０によって駆動された振動子２０における振動を検出し、電気信号として出力するようになっている。このとき、振動子２０に質量を有した物質が付着すると、その質量の影響を受けて振動子２０の振動数が変化する。検出部３０では、検出部３０から出力される電気的な振動をモニタリングすることで、振動子２０への物質の付着の有無、あるいは振動子２０への物質の付着量を検出することが可能となっている。

このような、静電電気−機械変換を用いたデバイス構成においては、Ｖｐ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）が必要であるが、この例では支持部２０ａを介し、振動子２０にこれを印加している。
この例のような静電駆動型では、検出電極３０ａ、３０ｂ、駆動電極４０ａ、４０ｂと振動子２０の間にできる静電容量は、駆動インピーダンスを下げて駆動効率を上げるために少しでも大きな値が必要で、このために非常に狭い間隙が求められ、１００ｎｍ前後の間隙で作成されている。

ここで、前述の特許文献１に記載した本発明者らが提供した技術（以下、これを従来型と称することがある）においては、上記したようなセンサ１０を実現するために、振動子チップ１００を、以下に示すような基板構成としている。
図２に示すように、従来型の振動子チップ１００Ａは、全体の基板としてＳｉサブストレート５１を用い、その表面に不純物Ｎ^＋を注入（ドーピング）してドーピング層５２を形成することで高導電率化を図り、これらを接地層（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｌａｎｅ）５３としている。接地層５３上に誘電体層（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｏｘｉｄｅ）５４を積層し、誘電体層５４上に、高周波信号配線やＶｐ用の構造・配線層５５を形成し、さらにその上にポリシリコンを用いて振動子２０や検出電極３０ａ、３０ｂ、駆動電極４０ａ、４０ｂを形成する構造としている。
またこの接地層５３をパッケージや配線基板の接地であるメタル電極５６の上にダイボンディングし、振動子２０を実装することになる。このような実装構造は、図３（ａ）に示すような、検出電極３０ａ、３０ｂ、駆動電極４０ａ、４０ｂへの入出力のための高周波信号の伝送配線を構成する配線導体（信号配線）５７を備えた伝送配線構造として考えることができる。
ここでは伝送配線としての構造を表すために実装したことを想定して、接地層５３であるシリコン基板の下にメタル電極５６を設けた。このような場合の伝送特性については、文献（１）のＦｉｇ．３（２）のＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｑｕａｓｉ−ＴＥＭ Ｍｏｄｅがこれに該当し、等価回路であらわすと図３（ｂ）の通りであると言われている（文献（１）：H. Hasegawa M. Furukawa and H. Yanai, “Properties of Microstrip Line on Si-Sio2 System,” IEEE Trans, Microwave Theory Tech., vol.MTT-19, no. 11 pp. 869-881, 1971年）。
ここに、Ｒは伝送配線を構成する配線導体（Ｌｉｎｅ Ｍｅｔａｌ）５７の抵抗値、Ｌは配線導体５７の等価インダクタンス、Ｃｓｓは配線導体５７と誘電体層５４とで形成される容量、Ｃｓｕｂは配線導体５７と接地層５３で形成される容量である。
すなわち伝送配線の標準的な等価回路に、損失のある誘電体層（ここでは最下層の接地層５３となるＳｉサブストレート５１）のコンダクタンス成分と、誘電体層５４からなる伝送配線と考えることができるとされている。

ここで図３（ａ）の高周波配線構造を伝送配線と考え、寸法などの代表的な値として、
配線導体５７：配線幅Ｗ＝３０μｍ、厚さｔ＝０．６μｍ、導電率σ ＝３×１０^７Ｓ／ｍ
誘電体層５４：比誘電率ε_ｄ＝３．９、厚さｈ_ｄ＝１μｍ、比抵抗ρ＝∞
接地層５３：比誘電率ε_ｓ＝１１．９、厚さｈ_ｓ＝４００μｍ、比抵抗ρ＝１，１０，１００および１０００Ωｃｍ，
接地導体（メタル電極５６）：配線幅Ｗｇ＞＞Ｗ，厚さｔ＝０．６μｍ，導電率σ＝３×１０^７Ｓ／ｍ
とした場合の伝送損を文献（１）に従い計算した。なお接地層５３のコンダクタンスＧｓｕｂは次式で表せることが文献（２）で示されており、コンダクタンスＧｓｕｂの計算はこれに従った（文献（２）：T. Shibata and E. Sano, “Characterization of MIS Structure Coplanar Transmission Lines for Investigation of Signal Propagation in Integrated Circuits,” IEEE Trans, Microwave Theory Tech., vol.MTT-38, no. 7, pp.881-890, 1990年）。

このようにして求めた従来型の高周波配線構造の伝送損を図３（ｃ）に示す。高周波信号は配線導体５７とメタル電極５６によって形成される信号配線を通じて伝わるが、配線導体５７とメタル電極５６の間に一定の抵抗率を有する接地層５３を形成するＳｉサブストレート５１が存在し、しかもその厚さｈｓは４００μｍと、配線導体５７の厚さｔや誘電体層５４の厚ｈ_ｄに比べて非常に厚い。このため、大きな静電エネルギがそこに存在し、その静電エネルギに比例して伝送損が発生する。

そこで、本実施の形態においては、振動子チップ１００に、図４に示すような配線構造を採用した。
図４に示すように、本実施の形態における振動子チップ１００Ｂの概略構成を示す。この振動子チップ１００Ｂの基本的な構成は、図１に示したのと同様である。図４の例においては、（３，１）モードで振動させる場合の振動子２０を例に挙げているため、振動子２０に開口部が形成され、この振動子２０を支持部２０ａにより６箇所で支持しているが、用いる振動モードに応じ、振動子２０の形状、支持位置、支持箇所数等は適宜変更すればよい。
本実施の形態における振動子チップ１００Ｂは、図２に示した構成と同様に、全体の基板としてＳｉサブストレート５１を用い、その表面に不純物Ｎ^＋を注入（ドーピング）してドーピング層５２を形成することで高導電率化を図り、これらを接地層（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｌａｎｅ）５３としている。接地層５３上に誘電体層（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｏｘｉｄｅ）５４を積層し、誘電体層５４上に、高周波信号配線やＶｐ用の構造・配線層５５を形成し、さらにその上にポリシリコンを用いて振動子２０や検出電極３０ａ、３０ｂ、駆動電極４０ａ、４０ｂを形成する構造としている。
図４に示すように、この例では振動子チップ１００Ｂの構造材料としてＳＯＩ基板を用い、その表面に形成する構造・配線層５５、振動子２０を、ＳＯＩ基板の高濃度Ｓｉ層（活性層）７２によって形成した。さらに、高濃度Ｓｉ層７２上にメタルからなる導電体層７３を形成し、この導電体層７３に、検出電極３０ａ、駆動電極４０ａと入出力電極３０ｃ、４０ｃとを結ぶ信号配線を形成する配線導体５７と、接地導体６０とをパターニングにより形成した。

ここで、接地導体６０は、配線導体５７および振動子２０の周囲を囲うように形成した。また、振動子２０は、支持部２０ａを介して接地導体６０に接続されるようにした。このため、振動子２０は、周囲の接地導体６０と同様に接地とみなすことができる。したがって、振動子２０自体も、２つの配線導体５７の結合容量を下げることに役立つ構造になっている。なお、ポラリゼーションボルテージＶｐは入出力電極３０ｃ、４０ｃに高周波信号と重畳して供給している。
また、この構造では信号配線と接地配線がすべて同一の層にあるため、いわゆるスルーホールが基本的に不必要であり製造プロセスの簡素化を図ることも可能である。

上記したような振動子チップ１００Ｂの構成は、図５（ａ）に示すように模式化することができる。
すなわち、図５（ａ）に示すように、振動子チップ１００Ｂを模式化すると、一定の抵抗率を有する接地層５３を構成するＳｉサブストレート５１に、図３（ａ）の例の場合と同様に誘電体層５４を設け、その上に配線導体５７と、接地導体６０とを設けた構成となる。
このような配線構造は、配線導体５７と接地導体６０が同一層にあるため、これら二つ導体で作られる静電容量は、その一部は誘電体損が大きいＳｉサブストレート５１を介して形成されるが、Ｓｉサブストレート５１を全く介さずに形成されるものもある。従ってその等価回路は、図５（ｂ）に示すように、Ｃｓｇが新たな容量として付け加わり、この部分では誘電体損は発生しない。

なお、図３（ａ）の例と特性インピーダンスが同じなら、全体の容量はこれとほとんど同じ値になる。
先の例と同様に以下の条件で伝送損を計算した。
配線導体５７：配線幅Ｗ＝３０μｍ、厚さｔ＝０．６ μｍ、導電率σ＝３×１０^７Ｓ／ｍ、間隔Ｇ＝３０μｍ
誘電体層５４：比誘電率ε_ｄ＝３．９、厚さｈ_ｄ＝１μｍ、比抵抗ρ＝∞
接地層５３：比誘電率ε_ｓ＝１１．９、厚さｈ_ｓ＝４００μｍ、比抵抗ρ＝１、１０、１００および１０００Ωｃｍ
接地導体６０：配線幅Ｗｇ＞＞Ｗ、厚さｔ＝０．６μｍ、導電率σ＝３×１０^７Ｓ／ｍ

伝送損の計算結果を図５（ｃ）に示す。
図５（ｃ）の結果を図３（ｃ）と比較すると、抵抗１００Ωｃｍと１０００Ωｃｍの場合には、伝送損の違いはほとんど判らないが、抵抗率が低い１Ωｃｍと１０Ωｃｍの場合には高周波領域において明らかに図５（ａ）に示した配線構造のほうの損失が小さいことが判る。すなわち平面型の振動子２０の場合、Ｓｉサブストレート５１を用いてその上に誘電体層５４を設け、さらに構造・配線層５５を設ける構造が一般的であるが、この一般的な構造は、接地層５３となるＳｉサブストレート５１が大きいことが判る。
これに対し、図５（ａ）に示したような構造は、従来Ｓｉサブストレート５１の下の設けていた接地導体６０も構造・配線層５５に設けることによって、高周波損失の面から有利であることが判った。

また、この接地導体６０も構造・配線層５５に設ける有利さは、入出力信号の分離（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）にも多いに役立つ。
ここで、図６（ａ）に示すように、従来型に相当する試作品にて実験にて取得したデータによれば、入出力の配線導体５７間の結合容量と思われる振動子２０の共振特性に乱れを観測した。
この様子を図６（ｂ）に示す。この特性は図６（ａ）に示す振動子２０の配線導体（信号配線）５７Ａ、５７Ｂの入出力端子部分の間の通過特性を測定した結果である。ここに下段の線は通過損、上段の線は通過位相である。下段の線により通過損特性を見ると、振動周波数はおよそ８．９６ＭＨｚと観測されるが、波形は通常の共振特性とは大きく異なっている。
そこで、図７（ａ）に示すように、寄生容量Ｃｐを打ち消す仮想的な容量−Ｃｐを配線導体５７Ａ、５７Ｂの間に挿入して同様のシミュレーションを行った。その結果、図７（ｂ）に示すように、きれいな共振カーブを、実験値を基にしたデータから得ることができた。

ここで、従来型の配線構造と、本実施の形態における配線構造とにおいて、配線導体５７Ａ、５７Ｂの間の静電容量Ｃ１２を計算した。図８（ａ）は従来型の配線構造の具体例、図８（ｂ）は本実施の形態における配線構造の具体例である。
ここで、配線導体５７Ａ、５７Ｂは、共に幅Ｗ＝３０μｍ、配線導体５７Ａ、５７Ｂの中心間隔を４００μｍとし、図３（ａ）および図５（ａ）と同様の層構造を持つものとした。図８（ａ）は、図３（ａ）のように表面に接地導体を持たない構造であり、二つの配線導体５７Ａ、５７Ｂ間の結合容量は、この場合、
Ｃ１２（配線間に接地導体が無い構造）＝ ７．８３ｆＦ／ｍｍ
である。
一方、図８（ｂ）に示したように、図５（ａ）のように配線表面に接地導体６０を持ち、二つの配線導体５７の中間に幅３１０μｍの接地導体６０を設けた構造では２つの配線導体５７間に接地導体６０が存在することで結合容量が大きく減少し、
Ｃ１２（配線間に接地導体６０を有する構造）＝ ０．８０２ｆＦ／ｍｍ
となり、図８（ａ）の場合に比べて、ほとんど１０分の１まで減少する。これにより特別な処理を施さなくとも図７（ａ）に示すような理想的な共振特性が得やすくなり、高性能な平面機械型振動子の実現できることになる。
これまでの検討に従えば、表面に接地導体６０を形成する配線構造により、高周波領域になっても信号配線による損失の増加が少なく、さらに信号の入出力間にできてしまう寄生結合容量を大きく減らすことが可能で、高性能な平面機械型の振動子２０を有した振動子チップ１００Ｂが提供できることになる。
振動子２０とその保持部２０ａは、同じＳＯＩ（活性層）を加工して形成され、振動子２０の電位が基本的に出来るだけ一定で同じであることが求められることから、高い導電率とするのが通例で、この場合、振動子２０は高周波回路の接地導体と見ることができ、まさに図８（ｂ）の接地導体（６０）と同じように入出力電極やその配線の結合容量を少なくする働きをすることになるのは言うまでもない。

なお、上記実施の形態において、物質の付着を検出するためのセンサ１０の振動子２０を例に挙げたが、ディスク型であれば、振動子２０を他の用途に用いることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態のセンサの構成を示す図である。 振動子の層構造を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は従来型の振動子チップの配線構造、（ｂ）はその等価回路、（ｃ）はその伝送損を示す図である。 本実施の形態における振動子チップの概略構成図である。 （ａ）は図４に示した振動子チップの配線構造、（ｂ）はその等価回路、（ｃ）はその伝送損を示す図である。 （ａ）は試作した従来型の振動子チップを示す図、（ｂ）は（ａ）に示す振動子の共振特性測定結果を示す図である。 （ａ）は図６（ａ）に示した振動子チップに仮想容量−Ｃｐを挿入した図、（ｂ）は図６（ｂ）の測定結果に寄生容量を打ち消す仮想的な−Ｃｐを加えて計算した共振特性の結果を示す図である。 結合容量を計算した配線構造の例を示す図であり、（ａ）は従来型の振動子チップの配線構造、（ｂ）は本実施の形態に対応した振動子チップの配線構造を示す図である。

符号の説明

１０…センサ（検出センサ）、２０…振動子、３０ａ、３０ｂ…検出電極、３０ｃ、４０ｃ…入出力電極、４０ａ、４０ｂ…駆動電極、５７、５７Ａ、５７Ｂ…配線導体（信号配線）、６０…接地導体、７２…高濃度Ｓｉ層、７３…導電体層、１００、１００Ｂ…振動子チップ

Claims (8)

1. ディスク状の振動子と、
   前記振動子に対して間隙を隔てて設けられ、静電結合により前記振動子に電圧を加えて前記振動子を駆動する駆動電極と、
   前記振動子に対して間隙を隔てて設けられ、静電結合により前記振動子の振動による電圧の変化を検出する検出電極と、が基板に形成され、
   前記基板において、前記駆動電極および前記検出電極の信号配線が形成される層に、接地導体が形成されていることを特徴とする振動子チップ。
2. 前記駆動電極および前記駆動電極の前記信号配線と、前記検出電極および前記検出電極の前記信号配線との間に、前記接地導体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の振動子チップ。
3. 前記接地導体は、前記振動子、前記駆動電極、前記検出電極、前記信号配線を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動子チップ。
4. 前記振動子の電気的ポテンシャルが前記接地導体と同一とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動子チップ。
5. 質量を有した物質の付着または吸着により振動特性が変化するディスク状の振動子と、
   前記振動子を振動させる駆動電極と、
   前記振動子における振動の変化を検出することで、前記物質を検出する検出電極と、が基板に形成され、
   前記基板において、前記駆動電極および前記検出電極の信号配線が形成される層に、接地導体が形成されていることを特徴とする検出センサ。
6. 前記振動子は、その表面に前記物質が付着することを特徴とする請求項５に記載の検出センサ。
7. 前記振動子に付着した前記物質の量を検出することを特徴とする請求項５または６に記載の検出センサ。
8. 前記物質が特定の分子、あるいは特定の特性または特徴を有する複数種の分子であることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の検出センサ。

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