平面内谐振式微悬臂梁生化传感器的设计与制造.pdf

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1、第25卷第7期传感技术学报V0l_25No．72012年7月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJu1．2012DesignandFabricationofin-PlaneResonance-ModeMicrocantileverBio／ChemicalSensorsYUFeng一，LIXinxin，YUHaitao(1．ShanghaiInstituteofMicro一temandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China2．GraduateUniversityo

2、fChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：AhighQ—factor(quality—factor)in-plane-moderesonantcantileversensorisdevelopedforreal—timebio／chemicaldetectioninliquids．Withelectrothermalexcitationandpiezoresistivefrequencyread-outintegrated，theproposedsensorisrealizedbymicromachiningtechnol

3、ogy．Thein—planemodecantileverresonatorcansubstantiallydecreasetheliquiddragforce，comparingtoconventionalout—of-planeresonance—modecantilever，thereby，havingachievedamuchhigherQ—factorof249whenthecantileverisconnectedwithaPLL(Phase—Lock—Loop)interfacecircuitinwater．FabricationprocessesbasedonSO1wafe

4、rsandDeep—RIEhasbeenpresented．Resonantpropertiesoftheproposedmicrocantileverhavebeentestedinairandwater，respectively．Keywords：microcantileversensors；in—planeresonancemode；qualityfactor；electrothermalexcitation；resonanceinliquidsEEACC：7230Ldoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．07．001平面内谐振式微悬臂梁生化传感器的设计与

5、制造术俞锋，李昕欣，于海涛(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：给出了一种新型的基于平面内谐振模态的电热驱动微悬臂梁的工作原理和制造方案。相比于传统的平面外谐振模态谐振式悬臂梁，该设计能有效地降低微悬臂梁在液体中工作时的拖曳力．从而降低其振动能量损失，使得其接入锁相环接口电路后的闭环品质因数达到了249。电热驱动和压阻检测方式便于工艺集成和快速检测。本文给出了基于SOI硅片和深反应离子刻蚀(DRIE)的悬臂梁制作方案，并分别在空气和水中对悬臂梁的谐振特性进行了测试。关键词：悬臂梁传感器；平面内谐振模态；品质因数；电热驱

6、动；液体中谐振中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)07—0869—07将微悬臂梁用于生化传感领域，能够实现快速、方式⋯然而，通常用于声波器件l5]的压电驱动方简便、廉价和高灵敏度的生化检测⋯。微悬臂梁生式．因为必须以压电材料作为衬底或者沉积压电薄化传感器主要利用生化特异性敏感膜来特异性吸附膜．故而与CMOS技术在加工工艺上不兼容，无法集待测物质．并将因吸附而引起的悬臂梁等效质量的成信号处理电路。广泛用于高频谐振器l6]和振动陀改变转换为谐振频率的变化_2J。该方法在高性能螺仪7中的静电驱动方式．因为所需的驱动电容在结现场生化监控和识别领域有着光明

7、的前途。构上间隙很窄，在用于液体环境中时，其面临的液体大多数传统的悬臂梁传感器主要工作在平面外压膜阻尼更大本文的着重于通过研究液体对悬臂谐振模态l3J．在液体环境中会受到很强的阻尼力，因梁施加的阻尼．提出了一种全新的平面内谐振的悬臂而在与气体环境中相比时，其在液体中的品质因数梁结构。这种结构在平面内谐振时，所受的阻尼主要(Q值)大大降低，质量分辨率也很差。这些问题都阻为滑膜阻尼．而不是传统悬臂梁所受的压膜阻尼，大碍了悬臂