傳感器、形成傳感器的方法和裝置的制造方法
【專利說明】傳感器、形成傳感器的方法和裝置
[oow] 相關申請
[0002] 本申請要求2013年5月23日提交的美國臨時申請號為61/826, 884的申請的優 先權。
【背景技術】
[0003] 有許多儀器和測量技術用于與醫學、獸醫學、環境、生物危害、生物恐怖主義、農業 商品、和食品安全相關的材料的診斷測試。診斷測試傳統上需要長反應時間W獲得有意義 的數據，包含昂貴的遠程或笨重的實驗室設備，需要大樣本量，利用多種試劑，要求訓練有 素的用戶，W及可包含顯著的直接和間接成本。例如，在人類和獸醫診斷市場中，大多數測 試需要從病人收集樣本并在之后將其發送至實驗室，在實驗室中，結果在幾小時或幾天內 是無法得到的。其結果是，護理者必須等待W治療病人。
[0004] 用于診斷測試和分析的方案的使用點（或當討論人或獸醫時的興趣點），雖然能 夠解決大部分所指出的缺點，但是在某種程度上仍然是有限的。甚至可用的一些方案的使 用點相比于實驗室測試被W敏感性和再現性限制。還有對于用戶而言通常顯著的直接成 本，因為可能有對于可用的每個使用點的分開的系統。
【發明內容】
陽〇化]在此公開的是傳感器，其包括至少第一諧振器，該至少第一諧振器具有第一表面 和相對的第二表面，并且第一諧振器還具有底電極；壓電層；和頂電極，其中，壓電層被定 位在底電極和頂電極之間；金屬氧化物層，該金屬氧化物層定位在第一諧振器的至少第二 表面上，金屬氧化物層具有從大約]OA至大約5說姓的厚度并且金屬氧化物層包含氧原子； 硅烷層，硅烷層包含娃原子，硅烷層的娃原子被結合到金屬氧化物層中的氧原子；W及分子 識別成分層，該分子識別成分層包括分子識別成分并且分子識別成分層被結合到硅烷層。
[0006] 還在此公開的是傳感器，其包括至少第一和第二諧振器，第一和第二諧振器中的 每個具有第一表面和相對的第二表面并且每個諧振器具有底電極；壓電層；和頂電極，其 中，壓電層被定位在底電極和頂電極之間；在第一和第二諧振器二者的第一表面之下的布 拉格反射鏡堆疊；W及分子識別成分層，該分子識別成分層被定位為鄰近第一和第二諧振 器二者的第二表面，其中，至少第一和第二諧振器被串聯連接。
[0007] 還在此公開的是傳感器，其包括至少第一和第二諧振器，至少第一和第二諧振器 中的每個具有第一表面和相對的第二表面，并且每個諧振器具有底電極；壓電層；和頂電 極，其中，壓電層被定位在底電極和頂電極之間；禪合層，該禪合層；W及分子識別成分層， 該分子識別成分層具有大體上圓形的形狀并且分子識別層包括被結合到禪合層的分子識 別成分。
[0008] 還在此公開的是傳感器，其包括至少第一和第二諧振器，至少第一和第二諧振器 中的每個具有大體上相同的形狀，并且第一和第二諧振器中的每個具有第一表面和相對的 第二表面，并且每個諧振器包括：底電極；壓電層；和頂電極，其中，壓電層被定位在底電極 和頂電極之間；金屬氧化物層，該金屬氧化物層定位在第一和第二諧振器二者的至少第二 表面上，金屬氧化物層具有從大約至大約500爲的厚度并且金屬氧化物層包含氧原子； 硅烷層，該硅烷層包括娃原子，硅烷層的娃原子被結合到金屬氧化物層中的氧原子；W及分 子識別成分層，該分子識別成分層包括被結合到硅烷層的分子識別成分，其中，至少第一和 第二諧振器被串聯連接。
[0009] 還在此公開的是總成，其包括至少一個有源傳感器和至少一個參考傳感器。至少 一個有源傳感器和至少一個參考傳感器可總體上包括底電極、壓電層和頂電極。總成可進 一步包括在此討論的附加結構或成分。公開的總成中的至少一個參考傳感器包括遍及至少 一個參考傳感器的參考結合材料層并且至少一個有源傳感器包括遍及至少一個有源傳感 器的分子識別結合材料層。
[0010] 還在此公開的是形成傳感器的方法，其包括形成至少第一和第二諧振器，該第一 和第二諧振器各自具有第一表面和相對的第二表面，第一和第二諧振器中的每個具有底電 極；在底電極的至少一部分上的壓電層；和在壓電層的至少一部分上的頂電極；W及使金 屬氧化物層沉積在第一和第二諧振器二者的第二表面上，利用原子層沉積（ALD)使金屬氧 化物沉積。
[0011] 還在此公開的是形成傳感器的方法，其包括形成至少第一和第二諧振器，該第一 和第二諧振器各自具有第一表面和相對的第二表面，第一和第二諧振器中的每個具有底電 極；在底電極的至少一部分上的壓電層；和在壓電層的至少一部分上的頂電極；W及在至 少第一和第二諧振器的第二表面上形成禪合層；W及使分子識別成分組合物沉積在禪合層 上，W大體上圓形的形狀沉積覆蓋至少第一和第二諧振器二者的分子識別成分。
[0012] 運些W及其它各種特征將通過閱讀W下【具體實施方式】和相關附圖而顯而易見。
【附圖說明】 陽01引圖IA和IB是說明性公開的傳感器的剖面圖（圖1A)和俯視圖（圖1B)的示意性 描述。
[0014] 圖2A和2B是包括公開的傳感器的說明性公開的總成的剖面圖（圖2A)和俯視圖 (圖2B)的示意性描述。
[0015] 圖3描述了說明性公開的傳感器的剖面圖。
[0016] 圖4描述了說明性公開的傳感器的剖面圖。
[0017] 圖5A和5B描述了說明性公開的傳感器的剖面圖（圖5A)和俯視圖（圖5B)。
[0018] 圖6A到抓是各種諧振器的史密斯平面圖（Smithplots)。
[0019] 示意圖不一定是按比例的。用在附圖中的相同的附圖標記指代相同的部件、步驟 和諸如此類。然而，應該理解的是，用附圖標記指代在給定附圖中的部件并不旨在限制另一 附圖中標記有相同附圖標記的部件。此外，用不同附圖標記指代部件并不旨在指示不同編 號的部件不能是相同或相似的。
【具體實施方式】
[0020] 公開的傳感器可包括至少一個諧振器（在一些實施例中，至少兩個諧振器）和可 W與諧振器聯合的各種其它的結構。在實施例中的至少一個諧振器可W包括底電極、壓電 層、和頂電極。
[0021] 在一些實施例中，公開的傳感器可包括至少第一和第二諧振器、在諧振器的一個 表面上的含氧層、在含氧層上的禪合層和在禪合層上的分子識別層。圖3描述了傳感器300 的說明性實施例，傳感器300包括第一諧振器302、含氧層340、禪合層330、W及分子識別 層320。在一些實施例中，含氧層可W具有僅僅IOA的厚度，并且在一些實施例中不大于 500入。在一些實施例中，傳感器可W包括至少第一諧振器，至少第一諧振器具有第一表面 和相對的第二表面，并且第一諧振器包括底電極；壓電層；和頂電極，其中壓電層被定位在 底電極和頂電極之間；金屬氧化物層定位在至少第一諧振器的第二表面上，金屬氧化物層 具有從大約IQA至大約500A的厚度并且金屬氧化物層包括氧原子；硅烷層，硅烷層包括 娃原子，硅烷層的娃原子結合到金屬氧化物層中的氧原子；W及分子識別成分層，該分子識 別層包括分子識別成分并且分子識別成分結合到硅烷層。在一些實施例中，運樣的傳感器 也可W包括至少第二諧振器，該第二諧振器包括底電極；壓電層；和頂電極，其中，壓電層 被定位在底電極和頂電極之間。
[0022] 形成運樣的傳感器的方法也在此公開。形成傳感器的說明性方法可W包括形成至 少第一和第二諧振器，該第一和第二諧振器各自具有第一表面和相對的第二表面，第一和 第二諧振器中的每個包含底電極；在底電極的至少一部分上的壓電層；和在壓電層的至少 一部分上的頂電極；W及將金屬氧化物層沉積在第一和第二諧振器二者的第二表面上，利 用原子層沉積（ALD)沉積金屬氧化物層。在一些實施例中，可利用例如原子層沉積（ALD) 形成含氧層。
[0023] 在此公開的是諧振傳感器，其可起薄膜體聲波諧振器（TFBAR)傳感器的作用。 TFBAR傳感器包括由束縛在電極的相對側的一層壓電材料。當傳感器由諧振器的共振帶中 的信號驅動時，傳感器的兩個表面會經受振動運動。諧振器的一個表面可適合于為待分析 的樣品中感興趣的分析物提供結合位點。諧振器的表面上的感興趣的材料的結合改變了傳 感器的諧振特性。運樣的改變可被檢測和分析W提供關于感興趣的分析物的定量信息。通 常，當感興趣的結合材料被盡可能緊密地物理地結合到傳感器自身時（壓電材料束縛在電 極的相對側），諧振傳感器提供更好的結果。為此，傳感器通常通過使用為感興趣的分析物 提供結合所必需的最小可能的材料和/或層來制造。
[0024]W前使用可W將感興趣的樣本的成分直接結合至頂電極的傳感器附接材料。相 反，公開的傳感器的一些實施例可W包括至少一個附加的層，其在頂電極的頂部上、在可W 結合感興趣的樣本的成分的材料之前。在一些實施例中，附加層中的一個可包括氧原子，該 氧原子可W在之后被結合到禪合層，能夠結合感興趣的材料的材料可W被結合至禪合層。 令人驚訝的是，在頂電極和之間的附加層的添加一一其使感興趣的材料（例如，大部分感興 趣的材料）遠離傳感器移動一一不會使由傳感器提供的信號減少，并且在一些實施例中可 W實際上提供來自于傳感器的更好的信號。人們認為但不依賴的是，設置在頂電極上的含 氧層可W為傳感器提供剛性。致使傳感器更剛性可減少諧振的阻尼，從而保持或者甚至增 加來自于傳感器的信號。
[00巧]在一些實施例中，公開的傳感器可W包括被串聯電連接的至少第一和第二諧振 器、在第一和第二諧振器之下的布拉格反射鏡堆疊和在第一和第二諧振器之上的分子識別 成分層。圖4描述了傳感器400的說明性實施例，其包括第一諧振器402、第二諧振器412、 布拉格反射鏡堆疊415、和分子識別層420。在一些實施例中，傳感器可W至少包括至少第 一和第二諧振器，第一和第二諧振器中的每個具有第一表面和相對的第二表面并且每個諧 振器具有底電極；壓電層；和頂電極，其中，壓電層被定位在底電極和頂電極之間；在第一 和第二諧振器二者的第一表面之下的布拉格反射鏡堆疊；和被定位為鄰近第一和第二諧振 器二者的第二表面的分子識別成分層，其中至少第一和第二諧振器被串聯連接。
[0026] 具有鄰近的配置的第一和第二諧振器一一例如，比如在圖4中描述的諧振器一一 可W變成通過基片禪接，它們形成在基片上。運樣的禪接可W被認為是不良的。聲學的布 拉格反射鏡堆疊的使用可用于減輕運樣的禪接。雖然通過布拉格反射鏡堆疊減少運樣的禪 接可能是有利的，但是布拉格反射鏡堆疊會產生寄生諧振。串聯連接第一和第二諧振器可 W減少或阻止可能的寄生諧振。串聯連接第一和第二諧振器的電氣和質量負載效果可W實 際上等于（在一些實施例中，大于）單個諧振器減去布拉格反射鏡堆疊誘發的寄生諧振。
[0027] 在一些實施例中，公開的傳感器可W包括至少第一諧振器、在第一諧振器上的禪 合層和禪接至禪合層的分子識別成分層。圖5A和5B描述了傳感器500的說明性實施例的 剖視圖和俯視圖，傳感器500包括第一諧振器502、禪合層530和大體上圓形的分子識別層 520。分子識別層520的大體上圓形的形狀可W尤其在圖5B中看到。應該注意的是，在運 樣的實施例中的至少第一諧振器可W具有任何配置，分子識別成分層520可W上覆蓋不僅 僅是至少第一諧振器，例如，至少第二諧振器、或它們的組合。在一些實施例中，公開的傳感 器可包括至少第一諧振器，該至少第一諧振器具有第一表面和相對的第二表面并且諧振器 具有底電極；壓電層；和頂電極，其中，壓電層被定位在底電極和頂電極之間；禪合層，該禪 合層被定位為鄰近至少第一諧振器的第二表面；W及分子識別成分層，該分子識別成分層 具有大體上圓形的形狀并且分子識別成分層包括結合禪合層的分子識別成分。
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