JP2013076625A - Elastic wave sensor - Google Patents

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Yuki Sato
祐己 佐藤
Kenju Yamamoto
健樹 山本
Masaaki Hayama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sensing accuracy of an elastic wave sensor.SOLUTION: An elastic wave sensor 1 includes: a piezoelectric body 2; a plurality of electrodes 3 and 4 formed on the piezoelectric body 2; a reaction portion 5 formed on a transmission passage between the plurality of electrodes 3 and 4 on the piezoelectric body 2; and a detecting portion (not shown) for detecting characteristics of elastic waves excited by the electrode 3. The reaction portion 5 has a fiber-shape. By the characteristics, a surface area of the reaction portion 5 is enlarged, and the mass of a detection object adsorbed by the reaction portion 5 is increased. Therefore, the sensing accuracy of the elastic wave sensor 1 is improved.

Description

本発明は、特定物質に反応する反応部を備えた弾性波センサに関する。   The present invention relates to an elastic wave sensor including a reaction unit that reacts with a specific substance.

従来の弾性波センサを図7を用いて説明する。図7は、従来の弾性波センサの断面模式図である。   A conventional elastic wave sensor will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a conventional acoustic wave sensor.

図7において、従来の弾性波センサ101は、圧電体102と、圧電体102の上に形成された入力電極103及び出力電極104と、圧電体102の上であって入力電極103及び出力電極104の間の伝搬路の上に形成された反応部105と、入力電極103によって励振される弾性波の特性を検出する検出部(図示せず)とを備える。   In FIG. 7, a conventional acoustic wave sensor 101 includes a piezoelectric body 102, an input electrode 103 and an output electrode 104 formed on the piezoelectric body 102, and an input electrode 103 and an output electrode 104 above the piezoelectric body 102. And a detection unit (not shown) for detecting the characteristics of the elastic wave excited by the input electrode 103.

この弾性波センサ101の反応部105に対し検出対象物質を含む可能性のある物質(呼気、検査液等)を接触させることで、検出対象物質の付着に起因する弾性波の周波数変化を検出部が検出し、検出対象物質の有無、或はその濃度などを検知することができる。   By detecting a substance (exhaled breath, test liquid, etc.) that may contain the detection target substance in contact with the reaction part 105 of the elastic wave sensor 101, a change in the frequency of the elastic wave caused by the adhesion of the detection target substance is detected. , And the presence or absence of the detection target substance or its concentration can be detected.

なお、この出願に関連する先行技術文献として特許文献1が知られている。   Note that Patent Document 1 is known as a prior art document related to this application.

国際公開第2011/030519号International Publication No. 2011/030519

しかし、弾性波センサが小型になると、反応部105の占有面積が小さくなり、反応部105に吸着される検出対象物質量が低下する。このため、弾性波センサ101のセンシング精度が低下するという問題があった。   However, when the elastic wave sensor is reduced in size, the area occupied by the reaction unit 105 is reduced, and the amount of the detection target substance adsorbed on the reaction unit 105 is reduced. For this reason, there existed a problem that the sensing accuracy of the elastic wave sensor 101 fell.

そこで、本発明は、弾性波センサのセンシング精度を向上させることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to improve the sensing accuracy of an elastic wave sensor.

上記目的を達成するために本発明の弾性波センサは、圧電体と、圧電体の上に形成された複数の電極と、圧電体の上であって複数の電極の間の伝搬路の上に形成された反応部と、電極によって励振される弾性波の特性を検出する検出部とを備え、反応部は、繊維状であることを特徴とする。   To achieve the above object, an acoustic wave sensor according to the present invention includes a piezoelectric body, a plurality of electrodes formed on the piezoelectric body, and a propagation path between the plurality of electrodes on the piezoelectric body. The reaction part is formed, and the detection part which detects the characteristic of the elastic wave excited by the electrode is provided, The reaction part is fibrous, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の弾性波センサにおいて、反応部が繊維状であるので、反応部の表面積が大きくなり、反応部に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   In the acoustic wave sensor of the present invention, since the reaction part is fibrous, the surface area of the reaction part is increased, and the amount of the substance to be detected adsorbed on the reaction part is increased. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

本発明の実施の形態1における弾性波センサの上面模式図1 is a schematic top view of an elastic wave sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における弾性波センサの断面模式図Sectional schematic diagram of an elastic wave sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における弾性波センサの反応部の拡大模式図FIG. 3 is an enlarged schematic diagram of a reaction part of the elastic wave sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2における弾性波センサの上面模式図Schematic top view of an acoustic wave sensor according to Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態2における弾性波センサの断面模式図Sectional schematic diagram of an elastic wave sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2における他の弾性波センサの断面模式図Sectional schematic diagram of another elastic wave sensor in Embodiment 2 of the present invention 従来の弾性波センサの断面模式図Cross-sectional schematic diagram of a conventional elastic wave sensor

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。図1は、実施の形態1における弾性波センサの上面模式図であり、図2は、実施の形態1における弾性波センサのAB断面における断面模式図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the elastic wave sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic top view of the acoustic wave sensor according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line AB of the acoustic wave sensor according to the first embodiment.

図1、図2において、弾性波センサ1は、トランスバーサル型の弾性波素子を用いたバイオセンサであって、生態の分子認識機構に基づいてタンパク質、遺伝子、シグナル分子などの検出対象物質をセンシングするものである。   1 and 2, an elastic wave sensor 1 is a biosensor using a transversal type elastic wave element, and senses detection target substances such as proteins, genes, and signal molecules based on ecological molecular recognition mechanisms. To do.

この弾性波センサ1は、圧電体2と、圧電体2の上に形成された入力電極3及び出力電極4と、圧電体2の上であって入力電極3及び出力電極4の間の伝搬路の上に形成された繊維状の反応部5と、入力電極3によって励振される弾性波の特性(周波数特性など)を検出する検出部(図示せず)とを備える。この弾性波センサ1は、各種医療機器に内蔵されるマザーボードに搭載されるが、このマザーボードに圧電体2の電極3、4の形成面が対向するようにフェースダウン実装されていても良いし、マザーボードに電極3、4の形成面の裏面が接着されることでフェースアップ実装されていても良い。前者の場合は、電極3、4が金属バンプ等を介して検出部(図示せず)に電気的に接続され、後者の場合は、電極3、4が金属ワイヤ等を介して検出部(図示せず)に電気的に接続される。   The acoustic wave sensor 1 includes a piezoelectric body 2, an input electrode 3 and an output electrode 4 formed on the piezoelectric body 2, and a propagation path between the input electrode 3 and the output electrode 4 on the piezoelectric body 2. And a detection unit (not shown) for detecting the characteristics (frequency characteristics, etc.) of the elastic wave excited by the input electrode 3. The acoustic wave sensor 1 is mounted on a motherboard built in various medical devices, but may be mounted face-down so that the formation surfaces of the electrodes 3 and 4 of the piezoelectric body 2 face the motherboard. The back surface of the formation surface of the electrodes 3 and 4 may be bonded to the mother board to be mounted face up. In the former case, the electrodes 3 and 4 are electrically connected to a detection unit (not shown) via metal bumps or the like, and in the latter case, the electrodes 3 and 4 are connected to the detection unit (not shown) via a metal wire or the like. (Not shown).

尚、この検出部(図示せず)は、電極3によって励振される弾性波の周波数変化を検出するものが一般的であるが、弾性波の速度、振幅、波長等の他の特性の変化を検出しても良い。   The detector (not shown) generally detects a change in the frequency of the elastic wave excited by the electrode 3, but changes in other characteristics such as the velocity, amplitude, and wavelength of the elastic wave are detected. It may be detected.

上記の反応部5に対し検出対象物質を含む可能性のある物質(呼気、検査液等)を接触させることで、検出対象物質の付着による反応部5の質量変化に起因する弾性波の特性変化を検出部が検出し、検出対象物質の有無、或はその濃度などを検知することができる。   By contacting a substance (exhaled breath, test liquid, etc.) that may contain a detection target substance with the reaction part 5 described above, a change in elastic wave characteristics caused by a change in mass of the reaction part 5 due to the attachment of the detection target substance Can be detected and the presence or absence of the detection target substance or its concentration can be detected.

この反応部5が繊維状であることにより、反応部5の表面積が大きくなり、反応部5に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   Since the reaction part 5 is fibrous, the surface area of the reaction part 5 increases, and the amount of the detection target substance adsorbed on the reaction part 5 increases. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

以下、弾性波センサ1の各構成について詳述する。   Hereinafter, each component of the elastic wave sensor 1 will be described in detail.

圧電体2は、圧電単結晶基板からなり、例えば、水晶、ランガサイト系、ニオブ酸リチウム系、タンタル酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の圧電基板である。尚、反応部5が繊維状の酸化シリコンからなる場合は、圧電体2として酸化シリコンとの熱膨張係数差の小さいランガサイト系の圧電基板を用いると、圧電体2と反応部5との密着性を高めることができるので好ましい。   The piezoelectric body 2 is made of a piezoelectric single crystal substrate, and is, for example, a quartz, langasite, lithium niobate, lithium tantalate, or potassium niobate piezoelectric substrate. When the reaction portion 5 is made of fibrous silicon oxide, if a Langasite-type piezoelectric substrate having a small difference in thermal expansion coefficient from that of silicon oxide is used as the piezoelectric body 2, the piezoelectric body 2 and the reaction portion 5 are in close contact with each other. It is preferable because the properties can be improved.

電極(入力電極3、出力電極4)は、夫々一対の櫛形電極の電極指同士が互いに噛み合う様に配置されたIDT(Inter Digital Transducer)電極であり、例えばSH(Shear−Horizontal)波やレイリー波等の弾性波を励振させる。これら電極3、4は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、モリブデン又はクロムからなる単体金属、若しくはこれらを主成分とする合金、又はこれらの金属が積層された構成である。尚、電極3、4として、タングステン又はモリブデンを主成分とする層を含むと、これらの融点が高く反応部5の成長過程での電極溶解を防止でき、また、これらの密度が高いため、弾性波のバルク波変換によるロスも低減できる。   The electrodes (input electrode 3 and output electrode 4) are IDT (Inter Digital Transducer) electrodes arranged so that the electrode fingers of the pair of comb electrodes are engaged with each other, for example, SH (Shear-Horizontal) waves and Rayleigh waves. Etc. are excited. These electrodes 3 and 4 are, for example, a single metal made of aluminum, copper, silver, gold, titanium, tungsten, platinum, molybdenum or chromium, an alloy containing these as a main component, or a structure in which these metals are laminated. is there. When the electrodes 3 and 4 include a layer mainly composed of tungsten or molybdenum, the melting point of these electrodes is high, so that the dissolution of the electrode during the growth process of the reaction part 5 can be prevented, and the density thereof is high. Loss due to bulk wave conversion of waves can also be reduced.

反応部5は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する抗体が表面に付着した繊維状の材料が密集し形成される。例えば、反応部5は、図3に示す様に、繊維状の酸化シリコン(SiO2)からなる太さ0.01μm〜1μmで長さ1μm〜500μmの絶縁繊維9と、この絶縁繊維9の先端部分に絶縁繊維9に覆われるように配置された金属触媒の粒子8と、絶縁繊維9に付着した抗体10を有する。抗体10は、有機物等からなる接着層で絶縁繊維9に付着されていても良い。このように絶縁繊維9で金属触媒の粒子8は覆われているので、繊維状の反応部5は、複数の絶縁繊維9同士が絡み合っても互いに絶縁を保つこととなる。 The reaction part 5 is formed by densely gathering a fibrous material having an antibody that reacts with a detection target substance or a binding substance that binds to the detection target substance that may be included in exhalation or the like attached to the surface. For example, as shown in FIG. 3, the reaction unit 5 includes an insulating fiber 9 made of fibrous silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 0.01 μm to 1 μm and a length of 1 μm to 500 μm, and the tip of the insulating fiber 9. The metal catalyst particles 8 disposed so as to be covered with the insulating fiber 9 and the antibody 10 attached to the insulating fiber 9 are included. The antibody 10 may be attached to the insulating fiber 9 with an adhesive layer made of an organic substance or the like. Thus, since the metal catalyst particles 8 are covered with the insulating fibers 9, the fibrous reaction part 5 maintains insulation even when the plurality of insulating fibers 9 are intertwined.

また、この反応部5は、圧電体2上に電極3、4を覆うように設けられた誘電体膜上における伝搬路の上方に設けられていても良い。このとき、反応部5の絶縁繊維9と誘電体膜とが同じ酸化シリコンからなる場合は、反応部5の絶縁繊維と誘電体膜との熱膨張係数差は極めて小さいので、反応部5と誘電体膜との密着性を向上させることができる。   The reaction unit 5 may be provided above the propagation path on the dielectric film provided on the piezoelectric body 2 so as to cover the electrodes 3 and 4. At this time, when the insulating fiber 9 and the dielectric film of the reaction part 5 are made of the same silicon oxide, the difference in thermal expansion coefficient between the insulating fiber and the dielectric film of the reaction part 5 is extremely small. Adhesion with the body membrane can be improved.

圧電体2が反応部5の絶縁繊維9を構成する材料と同じ材料を含む場合(圧電体が水晶(SiO2)、絶縁繊維9が酸化シリコン(SiO2)など)は、圧電体2と反応部5は直接接合される。ここで、「直接接合」とは、圧電体2上に反応部5が直接形成され、圧電体2と反応部5を構成する分子同士が共有結合している状態を指す。このように、圧電体2と反応部5が直接接合されることで、反応部5が圧電体2に対し強固に固定される。 When the piezoelectric body 2 contains the same material as that constituting the insulating fiber 9 of the reaction part 5 (the piezoelectric body is quartz (SiO 2 ), the insulating fiber 9 is silicon oxide (SiO 2 ), etc.), it reacts with the piezoelectric body 2. The part 5 is directly joined. Here, “direct bonding” refers to a state in which the reaction portion 5 is directly formed on the piezoelectric body 2 and the molecules constituting the piezoelectric body 2 and the reaction portion 5 are covalently bonded. In this way, the reaction part 5 is firmly fixed to the piezoelectric body 2 by directly joining the piezoelectric body 2 and the reaction part 5.

次に本実施の形態1の弾性波センサ1における反応部5の形成方法の一例を説明する。以下、酸化シリコンからなる繊維状の反応部5の形成方法として、プラズマCVD(ChemicalVapor Deposition)法を用いたVLS(Vapor−Liquid−Solid)成長法で反応部5となるファイバを成長させる方法について説明するが、これに限るものではない。ただ、この成長法は他の成長法と比較して低い温度で繊維状の反応部5を成長させることができるので好ましい。   Next, an example of the formation method of the reaction part 5 in the elastic wave sensor 1 of this Embodiment 1 is demonstrated. Hereinafter, as a method for forming the fiber-like reaction part 5 made of silicon oxide, a method for growing a fiber to be the reaction part 5 by a VLS (Vapor-Liquid-Solid) growth method using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method will be described. However, it is not limited to this. However, this growth method is preferable because the fibrous reaction part 5 can be grown at a lower temperature than other growth methods.

まず、ウエハ状の圧電体2の上に電極3、4を蒸着若しくはスパッタリング等で形成した後に、伝搬路を除いて電極3、4を覆うようにレジストマスクを形成する。   First, after electrodes 3 and 4 are formed on the wafer-like piezoelectric body 2 by vapor deposition or sputtering, a resist mask is formed so as to cover the electrodes 3 and 4 except for the propagation path.

その後、伝搬路における圧電体2の表面や上記レジストマスク上に、CVD法、スパッタリング、CSD法、又はALD(Atomic Layer Deposition)法等の任意の方法で層厚10nm未満の金属触媒の層(図示せず)を形成する。このように、金属触媒の層を数nmのオーダーに薄くする事で、後のファイバの成長工程における加熱温度が金属触媒の融点に達していない低温(電極3、4の融点未満)でも金属触媒の層は金属触媒の粒子群となり得る。この金属触媒としては、例えば、白金の他に、鉄、アルミニウム、ニッケル、銀、クロム、モリブデン、チタン、銅または金等の金属を用いることができるが、電極3、4の融点よりも低い温度で酸化シリコンからなるファイバが成長可能な金属を選択すればよい。   Thereafter, a layer of a metal catalyst having a layer thickness of less than 10 nm is formed on the surface of the piezoelectric body 2 in the propagation path or on the resist mask by any method such as CVD, sputtering, CSD, or ALD (Atomic Layer Deposition) (see FIG. (Not shown). Thus, by thinning the metal catalyst layer to the order of several nanometers, the metal catalyst can be used even at a low temperature (below the melting point of electrodes 3 and 4) at which the heating temperature in the subsequent fiber growth process does not reach the melting point of the metal catalyst. This layer can be a group of metal catalyst particles. As the metal catalyst, for example, a metal such as iron, aluminum, nickel, silver, chromium, molybdenum, titanium, copper, or gold can be used in addition to platinum, but the temperature is lower than the melting point of the electrodes 3 and 4. A metal capable of growing a fiber made of silicon oxide may be selected.

次に、レジストマスクをレジストマスク上の金属触媒の層と共に除去することで、伝搬路における圧電体2の表面のみに金属触媒の層が存在する状態とする。   Next, the resist mask is removed together with the metal catalyst layer on the resist mask, so that the metal catalyst layer exists only on the surface of the piezoelectric body 2 in the propagation path.

次に、プラズマCVD法を用いたVLS成長法にてファイバを成長させる。まず、加熱することで金属触媒の層を金属触媒の粒子群とし、金属触媒の粒子群に、酸素に加えてシリコン(Si)を含むガス(SiH4等)を吹き付ける。このとき、金属触媒はシリコンとの混合物となることで融点は下がり、金属触媒が純物質であるときの融点未満でファイバの成長が開始する。例えば、金属触媒が金を主成分とする場合は最低約350℃の低温で酸化シリコンからなるファイバを成長させることが可能であるので、この温度よりも融点の高い金属を電極3、4の材料として選択すればよい。また、金は生体適合性が高いので、医療機器に適用する弾性波センサ1の電極3、4や金属触媒として金は有用である。 Next, a fiber is grown by a VLS growth method using a plasma CVD method. First, the metal catalyst layer is made into a metal catalyst particle group by heating, and a gas (SiH 4 or the like) containing silicon (Si) in addition to oxygen is sprayed onto the metal catalyst particle group. At this time, since the metal catalyst becomes a mixture with silicon, the melting point decreases, and the growth of the fiber starts below the melting point when the metal catalyst is a pure substance. For example, when the metal catalyst is mainly composed of gold, it is possible to grow a fiber made of silicon oxide at a low temperature of about 350 ° C., so a metal having a melting point higher than this temperature is used as the material for the electrodes 3 and 4. You may choose as. In addition, since gold has high biocompatibility, gold is useful as the electrodes 3 and 4 of the elastic wave sensor 1 applied to a medical device and a metal catalyst.

金属触媒とシリコンとの混合物の融点の最低温度は、金属触媒が白金の場合には約700℃、金属触媒が銀の場合には約840℃、金属触媒がアルミニウムの場合は約580℃、金属触媒がクロムの場合には約1320℃、金属触媒が銅の場合には約560℃、金属触媒がモリブデンの場合は約2000℃、金属触媒がチタンの場合は約1330℃、金属触媒がニッケルの場合は約970℃、金属触媒が鉄の場合は約1210℃である。即ち、電極3、4を構成する金属の融点より低い温度をシリコンとの混合物の融点とする金属触媒を適宜選択すれば良い。   The minimum temperature of the melting point of the mixture of the metal catalyst and silicon is about 700 ° C. when the metal catalyst is platinum, about 840 ° C. when the metal catalyst is silver, and about 580 ° C. when the metal catalyst is aluminum. About 1320 ° C. when the catalyst is chromium, about 560 ° C. when the metal catalyst is copper, about 2000 ° C. when the metal catalyst is molybdenum, about 1330 ° C. when the metal catalyst is titanium, and the metal catalyst is nickel When the metal catalyst is iron, the temperature is about 970 ° C. That is, a metal catalyst having a temperature lower than the melting point of the metal constituting the electrodes 3 and 4 and having a melting point of the mixture with silicon may be appropriately selected.

このように、プラズマCVD法を用いたVLS成長法にてファイバを成長させる際の雰囲気温度を、電極3、4の温度より低く、金属触媒とシリコンとの混合物の融点の最低温度より高くすれば、電極3、4を融解することを抑制しつつ、ファイバを成長させることができる。   As described above, if the fiber temperature is grown in the VLS growth method using the plasma CVD method, the temperature is lower than the temperature of the electrodes 3 and 4 and higher than the lowest temperature of the melting point of the mixture of the metal catalyst and silicon. The fiber can be grown while preventing the electrodes 3 and 4 from melting.

その後、ウエハ状の圧電体2をダイシングにより個片に分割し、検出部等を接続し、弾性波センサ1を得る。   Thereafter, the wafer-like piezoelectric body 2 is divided into pieces by dicing, and a detection unit or the like is connected to obtain the elastic wave sensor 1.

このように、反応部5を繊維状とすることにより、反応部5の表面積が大きくなり、反応部5に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   Thus, by making the reaction part 5 into a fibrous form, the surface area of the reaction part 5 increases, and the amount of the detection target substance adsorbed on the reaction part 5 increases. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

尚、上記弾性波センサ1の反応部5は、圧電体2の上面上であって、入力電極3と出力電極4との間の伝搬路上に形成されている場合について説明したが、入力電極3や出力電極の上に直接、若しくはこれら電極3、4を覆う酸化シリコン等の誘電膜を介して間接的に形成されていても良い。特に、反応部5の絶縁繊維が酸化シリコンからなる場合に、酸化シリコンからなる誘電体膜上に反応部5が設けられているときは、反応部5の絶縁繊維と誘電体膜との熱膨張係数差は極めて小さいので、反応部5と誘電体膜との密着性を向上させることができる。   Although the reaction part 5 of the elastic wave sensor 1 is formed on the propagation path between the input electrode 3 and the output electrode 4 on the upper surface of the piezoelectric body 2, the input electrode 3 has been described. Alternatively, it may be formed directly on the output electrode or indirectly via a dielectric film such as silicon oxide covering these electrodes 3 and 4. In particular, when the insulating fiber of the reaction part 5 is made of silicon oxide and the reaction part 5 is provided on the dielectric film made of silicon oxide, the thermal expansion of the insulating fiber and the dielectric film of the reaction part 5 Since the coefficient difference is extremely small, the adhesion between the reaction part 5 and the dielectric film can be improved.

尚、上記弾性波センサ1は、櫛形電極の電極指同士が互いに噛み合う様に配置されたIDT電極を有する弾性表面波素子を用いたセンサについて説明したが、例えば、圧電体2の上下に電極を有するFBAR(FilmBulk Acoustic Resonator)等のバルク波素子を用いたセンサであっても良い。   The above-described acoustic wave sensor 1 has been described as a sensor using a surface acoustic wave element having IDT electrodes arranged so that the electrode fingers of the comb-shaped electrodes engage with each other. A sensor using a bulk wave element such as an FBAR (FilmBulk Acoustic Resonator) may be used.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。図4は、実施の形態2における弾性波センサの上面模式図であり、図5は、実施の形態2における弾性波センサのCD断面における断面模式図である。尚、特に説明しない限りにおいて、実施の形態2の構成は実施の形態1の構成と同様であり、同一の符号をつけてその説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an elastic wave sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic top view of the acoustic wave sensor according to the second embodiment, and FIG. 5 is a schematic sectional view taken along the CD cross section of the acoustic wave sensor according to the second embodiment. Unless otherwise specified, the configuration of the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図4、図5において、弾性波センサ1は、共振器型の弾性波素子を用いたバイオセンサである。この弾性波センサ1における電極3は、一対の櫛形電極がその電極指同士が噛み合う様に配置されたIDT(InterDigital Transducer)電極からなる共振器を構成しており、この共振器は弾性波の伝搬方向におけるその両端に反射器7を備えていても良い。   4 and 5, the acoustic wave sensor 1 is a biosensor using a resonator type acoustic wave element. The electrode 3 in the acoustic wave sensor 1 constitutes a resonator composed of an IDT (InterDigital Transducer) electrode in which a pair of comb electrodes are arranged so that their electrode fingers are engaged with each other. Reflectors 7 may be provided at both ends in the direction.

また、この弾性波センサ1は、圧電体の上に前記電極を覆うように形成された誘電膜6を備え、反応部5は誘電膜6の上に形成された構成である。   The acoustic wave sensor 1 includes a dielectric film 6 formed on the piezoelectric body so as to cover the electrode, and the reaction portion 5 is formed on the dielectric film 6.

誘電膜6は、例えば、酸化シリコン(SiO2)、ダイアモンド(C)、シリコン(Si)、窒化シリコン(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)、若しくは、酸化アルミニウム(Al23)の単層構造又はこれらの積層構造である。尚、誘電膜6として圧電体2とは逆の周波数温度特性を有する媒質(酸化シリコン等)を用いた場合、弾性波センサ1の周波数温度特性を向上することができる。 The dielectric film 6 is, for example, a single layer structure of silicon oxide (SiO 2 ), diamond (C), silicon (Si), silicon nitride (SiN), aluminum nitride (AlN), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Or it is these laminated structures. When a medium (such as silicon oxide) having a frequency temperature characteristic opposite to that of the piezoelectric body 2 is used as the dielectric film 6, the frequency temperature characteristic of the acoustic wave sensor 1 can be improved.

この実施の形態2においても、反応部5が繊維状であることにより、反応部5の表面積が大きくなり、反応部5に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   Also in this Embodiment 2, since the reaction part 5 is fibrous, the surface area of the reaction part 5 becomes large, and the amount of detection target substances adsorbed by the reaction part 5 increases. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

反応部5は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する繊維状の材料である。誘電膜6が反応部5の絶縁繊維と同じ材料を含む場合(誘電膜6、絶縁繊維共に酸化シリコンなど)は、圧電体2と反応部5は直接接合される。このように、誘電膜6と反応部5が直接接合されることで、反応部5が圧電体2に対し強固に固定される。特に、反応部5の絶縁繊維が酸化シリコンからなる場合に、酸化シリコンからなる誘電体膜上に反応部5が設けられているときは、反応部5の絶縁繊維と誘電体膜との熱膨張係数差は極めて小さいので、反応部5と誘電体膜との密着性を向上させることができる。   The reaction unit 5 is a fibrous material that reacts with a detection target substance that may be contained in exhaled air or a binding substance that binds to the detection target substance. When the dielectric film 6 contains the same material as the insulating fiber of the reaction part 5 (both the dielectric film 6 and the insulating fiber are silicon oxide), the piezoelectric body 2 and the reaction part 5 are directly bonded. Thus, the reaction part 5 is firmly fixed to the piezoelectric body 2 by directly joining the dielectric film 6 and the reaction part 5. In particular, when the insulating fiber of the reaction part 5 is made of silicon oxide and the reaction part 5 is provided on the dielectric film made of silicon oxide, the thermal expansion of the insulating fiber and the dielectric film of the reaction part 5 Since the coefficient difference is extremely small, the adhesion between the reaction part 5 and the dielectric film can be improved.

次に本実施の形態2の弾性波センサ1における反応部5の形成方法の一例を説明する。以下、実施の形態1と同様に、プラズマCVD法を用いたVLS成長法で反応部5となるファイバを成長させる方法について述べる。   Next, an example of the formation method of the reaction part 5 in the elastic wave sensor 1 of this Embodiment 2 is demonstrated. Hereinafter, as in the first embodiment, a method for growing a fiber serving as the reaction portion 5 by a VLS growth method using a plasma CVD method will be described.

まず、圧電体2の上に電極3を蒸着若しくはスパッタリング等で形成した後に、誘電膜6を蒸着若しくはスパッタリング等で圧電体2の上に電極3、4を覆うように形成する。誘電膜6の上面は研磨等で平坦化されていても良いが、凹凸を有していても良い。   First, after the electrode 3 is formed on the piezoelectric body 2 by vapor deposition or sputtering, a dielectric film 6 is formed on the piezoelectric body 2 so as to cover the electrodes 3 and 4 by vapor deposition or sputtering. The upper surface of the dielectric film 6 may be planarized by polishing or the like, but may have irregularities.

その後、誘電膜6の上面において反応部5を形成する部分(電極3の上方の誘電膜6の上面)以外にレジストマスクを形成し、実施の形態1と同様に、金属触媒層を形成した後に、レジストマスクを除去し、繊維状の反応部5を電極3の上方の誘電膜6の上面に形成することで弾性波センサ1を得る。   After that, a resist mask is formed on the upper surface of the dielectric film 6 except for a portion where the reaction portion 5 is formed (upper surface of the dielectric film 6 above the electrode 3), and after forming the metal catalyst layer as in the first embodiment. The elastic mask sensor 1 is obtained by removing the resist mask and forming the fibrous reaction part 5 on the upper surface of the dielectric film 6 above the electrode 3.

このように、反応部5を繊維状とすることにより、反応部5の表面積が大きくなり、反応部5に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   Thus, by making the reaction part 5 into a fibrous form, the surface area of the reaction part 5 increases, and the amount of the detection target substance adsorbed on the reaction part 5 increases. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

また、図6に示す様に、電極3に直接的に反応部5が形成されていても良い。この場合の反応部5の形成方法は、電極3の最上層に層厚10nm未満の金属触媒の層を形成した後に、実施の形態1と同様に、加熱しながらプラズマCVD法を用いたVLS成長法で反応部5となるファイバを成長させる方法が挙げられる。   Further, as shown in FIG. 6, the reaction portion 5 may be formed directly on the electrode 3. In this case, the reaction part 5 is formed by forming a metal catalyst layer having a thickness of less than 10 nm on the uppermost layer of the electrode 3 and then performing VLS growth using a plasma CVD method while heating as in the first embodiment. The method of growing the fiber used as the reaction part 5 by a method is mentioned.

この場合も、繊維状の反応部5は、図3に示す様に、絶縁繊維9と、この絶縁繊維9の先端部分に絶縁繊維9に覆われるように配置された金属触媒の粒子8を有することで、複数の絶縁繊維9同士は絡み合っても互いに絶縁を保つこととなり、電極3の電極指同士が短絡することを防止することができるのである。   Also in this case, as shown in FIG. 3, the fibrous reaction part 5 has insulating fibers 9 and metal catalyst particles 8 arranged so as to be covered with the insulating fibers 9 at the end portions of the insulating fibers 9. Thus, even if the plurality of insulating fibers 9 are entangled with each other, they are kept insulated from each other, and the electrode fingers of the electrode 3 can be prevented from being short-circuited.

この場合も、反応部5を繊維状とすることにより、反応部5の表面積が大きくなり、反応部5に吸着される検出対象物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。   Also in this case, by making the reaction part 5 into a fibrous shape, the surface area of the reaction part 5 increases, and the amount of the detection target substance adsorbed on the reaction part 5 increases. For this reason, the sensing accuracy of the elastic wave sensor is improved.

本発明にかかる弾性波センサは、センシングの正確性を向上させるとの効果を有し、各種医療機器等の電子機器に適用可能である。   The elastic wave sensor according to the present invention has an effect of improving the accuracy of sensing, and can be applied to electronic devices such as various medical devices.

1 弾性波センサ
2 圧電体
3 入力電極(電極)
4 出力電極(電極)
5 反応部
6 誘電膜
7 反射器
8 金属触媒の粒子
9 絶縁繊維
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic wave sensor 2 Piezoelectric material 3 Input electrode (electrode)
4 Output electrodes (electrodes)
5 Reaction part 6 Dielectric film 7 Reflector 8 Metal catalyst particle 9 Insulating fiber

Claims (7)

圧電体と、
前記圧電体の上に形成された複数の電極と、
前記圧電体の上であって前記複数の電極の間の伝搬路の上に形成された反応部と、
前記電極によって励振される弾性波の特性を検出する検出部とを備え、
前記反応部は、繊維状である弾性波センサ。
A piezoelectric body;
A plurality of electrodes formed on the piezoelectric body;
A reaction portion formed on the piezoelectric body and on a propagation path between the plurality of electrodes;
A detection unit for detecting characteristics of elastic waves excited by the electrodes,
The reaction part is an elastic wave sensor having a fibrous shape.
圧電体と、
前記圧電体の上に形成された電極と、
前記電極の上方に直接的又は誘電膜を介して間接的に形成された反応部と、
前記電極によって励振される弾性波の特性を検出する検出部とを備え、
前記反応部は、繊維状である弾性波センサ。
A piezoelectric body;
An electrode formed on the piezoelectric body;
A reaction part formed directly or indirectly via a dielectric film above the electrode;
A detection unit for detecting characteristics of elastic waves excited by the electrodes,
The reaction part is an elastic wave sensor having a fibrous shape.
前記圧電体は、ランガサイト系の圧電基板である請求項1又は請求項2に記載の弾性波センサ。 The elastic wave sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a Langasite-type piezoelectric substrate. 前記電極は、タングステン又はモリブデンを主成分とする電極層を含む請求項1又は請求項2に記載の弾性波センサ。 The acoustic wave sensor according to claim 1, wherein the electrode includes an electrode layer mainly composed of tungsten or molybdenum. 前記反応部は、繊維状の絶縁繊維と、前記絶縁繊維の先端部分に前記絶縁繊維に覆われた金属触媒の粒子と、前記絶縁繊維に付着すると共に検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する抗体を有する請求項1又は請求項2に記載の弾性波センサ。 The reaction section includes a fibrous insulating fiber, a metal catalyst particle covered with the insulating fiber at a tip portion of the insulating fiber, and a bond that adheres to the insulating fiber and binds to the detection target substance or the detection target substance. The elastic wave sensor according to claim 1, comprising an antibody that reacts with a substance. 前記圧電体は、前記反応部の前記絶縁繊維を構成する材料と同じ材料を含む請求項5に記載の弾性波センサ。 The acoustic wave sensor according to claim 5, wherein the piezoelectric body includes the same material as that of the insulating fiber of the reaction unit. 前記絶縁繊維は酸化シリコンからなり、
前記金属触媒とシリコンとの混合物の融点の最低温度は前記電極を構成する金属の融点より低い請求項5に記載の弾性波センサ。
The insulating fiber is made of silicon oxide,
The acoustic wave sensor according to claim 5, wherein the minimum temperature of the melting point of the mixture of the metal catalyst and silicon is lower than the melting point of the metal constituting the electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018105885A (en) * 2014-11-29 2018-07-05 京セラ株式会社 Sensor device

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