JP2018155579A - 弾性波センサ - Google Patents
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Abstract
Description
[1]弾性波を伝搬可能な基板と、
基板上に設けられ、基板に弾性波を励振し、励振された弾性波を受信する弾性波送受信手段と、
弾性波の伝搬経路上に配置され、検知対象と反応する反応部と、を有し、
基板と反応部との間に、基板と反応部とを接着する接着部が形成され、
接着部は、シロキサン結合を主骨格として有する化合物を含むことを特徴とする弾性波センサである。
1.弾性波センサ
1.1 弾性表面波センサの全体構成
1.2 反応部
1.3 接着部
1.4 基板
1.5 弾性表面波励振電極および弾性表面波受信電極
1.6 弾性表面波センサの動作原理
2.弾性表面波センサの製造方法
3.本実施形態における効果
4.変形例
本実施形態に係る弾性波センサは、弾性表面波センサである。このセンサを接着剤等により基板上に実装して用いてもよいし、測定雰囲気と連通する公知のパッケージ内に収容して用いてもよい。また、このセンサのみで検知対象を検知してもよいし、補償用のセンサ素子、別種の検知対象を検知するための他のセンサ素子等とともに検知対象を検知してもよい。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る弾性表面波センサ1は、基板2、弾性表面波励振電極3、弾性表面波受信電極4および反応部5を有している。また、図1(b)に示すように、基板2と反応部5との間には、接着部6が形成されている。弾性表面波励振電極3、弾性表面波受信電極4、反応部5および接着部6は、いずれも基板2の一方の主面上に設けられている。また、反応部5および接着部6は、平面視略同一形状を有しており、弾性表面波励振電極3と弾性表面波受信電極4との間に配置されている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
反応部5は、基板2の一方の主面上に設けられている。反応部5は検知対象と反応して、反応部上を伝搬する弾性表面波の伝搬速度を変化させることができる。弾性表面波の伝搬速度の変化は、後述する弾性表面波受信電極4において、弾性表面波の周波数変化として検出される。したがって、検知対象の有無、質量、濃度等を、周波数変化量として取り出すことができ、検知対象に関する情報を検出することができる。
接着部6は、基板2と反応部5との間に形成され、基板2と反応部5とを接着し、これらの密着性を向上させる役割を果たしている。本実施形態では、接着部6と反応部5とは、平面視した場合に、略同一形状を有している。また、本実施形態では、接着部6は、シロキサン結合を主骨格として有する化合物を少なくとも含んでいる。
2SiH3OH + 3O2 → 2SiO2 + 4H2O
図1に示す基板2は、反応部5、接着部6、弾性表面波励振電極3および弾性表面波受信電極4を支持可能な強度を有し、基板上で励振される弾性表面波を所定の方向に伝搬可能な基板であれば、特に制限されない。本実施形態では、圧電性を有する材料で構成され、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、水晶等が例示され、LiTaO3が好ましい。伝搬する弾性表面波の周波数温度特性が優れ、高い機械結合係数を有しているからである。
図1に示すように、弾性波送受信手段としての弾性表面波励振電極3および弾性表面波受信電極4は、基板2の反応部5が形成されている主面上に、反応部5を挟むように配置されている。
本実施形態では、検知対象がガスであり、反応部5が酸化グラフェンから構成される場合について説明する。弾性表面波センサ1において、弾性表面波励振電極3および弾性表面波受信電極4は図示しない外部回路に接続される。弾性表面波センサ1を所定の雰囲気に配置し、弾性表面波励振電極3に所定の周波数を有する高周波電圧を印加すると、基板上に弾性表面波が励振される。すなわち、印加された電気的エネルギーが、弾性表面波のエネルギーに変換される。励振された弾性表面波は、弾性表面波受信電極4に向けて伝搬し、弾性表面波受信電極4において受信され、電気的エネルギーに変換され、高周波電圧として取り出される。
次に、図1に示す弾性表面波センサの製造方法の一例について以下に説明する。
本実施形態では、弾性表面波を利用するセンサにおいて、反応部と基板との間に、シロキサン結合を主骨格として有する化合物を含む接着部を形成している。この接着部において、シロキサン結合が反応部と基板との双方に対して強固に固着しており、反応部と基板との密着性を向上させ、反応部の剥離を効果的に抑制することができる。特に、当該化合物が、シロキサン結合のみから構成される二酸化ケイ素である場合に、密着性がより向上する。
上述の実施形態では、基板上に、弾性表面波励振電極、弾性表面波受信電極、反応部および接着部を有するセンサについて説明したが、弾性表面波励振電極、弾性表面波受信電極、反応部および接着部が形成されている主面上の別の領域に、補償用の弾性表面波励振電極および弾性表面波受信電極が形成されていてもよい。補償用の弾性表面波励振電極および弾性表面波受信電極の間には、反応部が形成されていないので、周波数変化量を算出する基準となる周波数を校正することができる。
2… 基板
3… 弾性表面波励振電極
4… 弾性表面波受信電極
5… 反応部
6… 接着部
7… 反射器
Claims (4)
- 弾性波を伝搬可能な基板と、
前記基板上に設けられ、前記基板に弾性波を励振し、励振された前記弾性波を受信する弾性波送受信手段と、
前記弾性波の伝搬経路上に配置され、検知対象と反応する反応部と、を有し、
前記基板と前記反応部との間に、前記基板と前記反応部とを接着する接着部が形成され、
前記接着部は、シロキサン結合を主骨格として有する化合物を含むことを特徴とする弾性波センサ。 - 前記化合物が、二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項1に記載の弾性波センサ。
- 前記反応部が、グラフェンおよび/または酸化グラフェンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の弾性波センサ。
- 前記弾性波送受信手段が、弾性波励振電極および弾性波受信電極を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の弾性波センサ。
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