橫向電場激勵的FBAR仿真設(shè)計及其凝血檢測.pdf

1、薄膜體聲波諧振器（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）是一種微型化、頻率高、成本低、可集成的壓電器件，在新一代無線通信系統(tǒng)已經(jīng)取得商業(yè)化的應(yīng)用。此外，F(xiàn)BAR因諧振頻率高而具有高靈敏性，為微質(zhì)量傳感器、壓力傳感器、生化傳感器等傳感器的發(fā)展帶來了新的生機。生化傳感器一般應(yīng)用在液體環(huán)境中，傳統(tǒng)的縱波模式FBAR在液體環(huán)境中Q值衰減較大，而剪切波模式FBAR在液體環(huán)境中能夠保持較高的Q值。本文以橫向電場激勵的剪

2、切波模式FBAR作為研究對象，研究內(nèi)容如下：
　　1.在分析傳統(tǒng)縱波模式FBAR的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了由平行電極激勵的橫向電場FBAR的工作原理，并建立了相應(yīng)的理論模型。利用有限元分析法對器件結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化仿真，設(shè)計多組仿真實驗，系統(tǒng)地研究了電極間距、電極長度和電極寬度對器件性能的影響。發(fā)現(xiàn)電極間距的大小對電極間橫向電場的分布影響較大，進而影響器件的Q值；電極寬度主要影響有效區(qū)域面積內(nèi)質(zhì)點位移分布；電極長度對器件的Q值和電場分布的影響較

3、小。
　　2.基于仿真優(yōu)化結(jié)果，利用微納加工工藝制備了固體裝配型剪切波模式FBAR。并分別測試了器件在空氣、水和磷酸鹽緩沖液三種典型環(huán)境下器件的阻抗特性和導(dǎo)納特性。發(fā)現(xiàn)器件的諧振在磷酸鹽緩沖液中的衰減較大，三種不同測試環(huán)境下的Q值分別為537，453，183。基于FBAR的MBVD（Modified Butterworth-Van Dyke）等效電路模型，提取電路參數(shù)，擬合了三種不同測試環(huán)境中所對應(yīng)的等效電路。通過器件的電學(xué)分析，

4、得出溶液的電導(dǎo)性增大器件的損耗。
　　3.基于FBAR諧振頻率對所載裝溶液粘度變化反應(yīng)的特性，面向FBAR的生化傳感器應(yīng)用要求，將制備的剪切波模式FBAR應(yīng)用于凝血實時檢測，驗證了橫向電場激勵的FBAR在生化傳感領(lǐng)域的可行性。外源性凝血發(fā)生時，在凝血酶形成過程中血液粘度無明顯變化，頻率響應(yīng)曲線保持不變。在纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白過程中血液粘度上升，頻率響應(yīng)曲線開始下降。直到纖維蛋白形成結(jié)束后血液的粘度保持不變，頻率響應(yīng)曲線也相應(yīng)保