基于薄膜体声波谐振器的免疫球蛋白传感器制备

研制了一种基于薄膜体声波谐振器（ FBAR）的生物免疫球蛋白传感器,该FBAR采用AlN作为压电层,3对Ti/W金属层作为布拉格声学反射层,工作频率为2.047 GHz,回波损耗为－32 dB。利用自组装膜法修饰顶部金电极敏感区域。测试了免疫球蛋白G抗体和抗原的特异性结合前后传感器的指标变化。结果得到传感器的Q值和灵敏度分别达到846,3.38 kHz·cm2/ng,远高于广泛使用的石英晶体微天平（ QCM）,具有广阔的应用前景。     

基于薄膜体声波谐振器的柔性有机挥发性气体传感器

本文制造了一种基于薄膜压电体声波谐振器的柔性有机挥发性（VOCs）气体传感器。通过转移印刷的方法,柔性体声波谐振器的电极与压电层采用的无机材料薄膜被从硅衬底上转移到超薄的聚酰亚胺基底上。该柔性谐振器的品质因数达到了1920,且在2.5 mm的弯曲半径下仅有相对于基频十万分之一左右的频率偏移。谐振器表现出了对于环己烷与乙醇气体良好的频率响应特性,且通过在器件表面修饰聚异丁烯（PIB）薄膜作为气体吸附材料,使得器件对于环己烷的响应提升了10倍以上。该柔性VOC气体传感器具有尺寸小,质量轻,机械柔性好的优点,在可穿戴环境检测设备,健康监测设备,食品变质检测的电子标签等领域有着广泛的应用前景。     

薄膜体声波谐振器的有限元仿真

随着5G通信技术的日益发展,对通信频段的要求越来越高。传统的射频滤波器受结构和性能的限制,不能满足高频通信的要求。薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件,很好地适应了无线通信系统的更新换代,使FBAR技术成为通信领域的研究热点之一。本文以COMSOLMultiphysics软件为基础,对FBAR谐振元件进行有限元仿真,分析其压电耦合特性、模态特性、谐振特性等。设计的谐振单元,谐振频率在工信部规划的5G通信频段标准(3.4 GHz-3.6 GHz)以内。同时引入完美匹配层(PML)减少寄生共振,更符合实际工艺制备的FBAR的共振特性。实验仿真结果表明,谐振频段在3.510 GHz-3.564 GHz,满足5G通信系统对频段的要求。当谐振位移形式变量满足AlN压电材料的变形范围,计算FBAR的主要性能指标,建立了一种基于COMSOL Multiphysics软件对FBAR的物理结构建模及相关特性研究的实验方法。     

微阵列生物传感器CMOS读出电路降噪技术研究

为了提高微阵列生物传感器的灵敏度,对其CMOS读出电路存在的1/f噪声、KTC噪声以及微阵列固定偏差噪声进行了详细的分析,提出了一种新型的相关双采样电路,以对噪声进行有效的抑制.仿真结果表明:采用相关双采样的CMOS读出电路使传感器的输入输出转换具有良好的线性关系.     

薄膜体声波谐振器的结构参数优化分析

建立了微型薄膜体声波谐振器的等效电路模型,研究其整体频率响应特性.提出的等效电路模型考虑了氧化锌压电薄膜两端电极和作为支撑层的氮化硅薄膜对谐振器整体性能的影响,将它们作为传输线引入到等效电路当中.运用PSPICE软件研究了谐振器各结构层的尺寸参数对谐振器谐振频率、品质因数和有效机电耦合系数的影响,并讨论了使用不同材料的电极,谐振器品质因数的变化情况.基于以上分析,对谐振器的结构参数进行优化,获得薄膜体声波谐振器性能的提高.     

一种低噪声的生物微传感器CMOS读出电路研究

为提高生物微传感器的探测灵敏度,设计了一种低噪声的生物微传感器CMOS读出电路,提出了一种新型的相关双采样(CDS)电路.对读出电路的噪声进行抑制.在0.6μm CMOS工艺下,用Spectre仿真器对该电路进行了模拟,仿真结果表明,采用相关双采样的CMOS读出电路使传感器的输入输出转换具有良好的线性关系.     

基于电流镜积分读出电路的X射线CMOS图像传感器研究

基于电流镜积分读出电路的X射线CMOS图像传感器(CMI-X-IS)的原理,并对电流镜积分读出电路进行了计算机模拟.对CMI-X-IS的性能参数进行了测试,并对光电转换特性曲线进行了分析.设计了CMI-X-IS的应用电路,得到了不同密度、不同尺寸材料的视频信号波形.测试结果和实验表明,CMI-X-IS具有较低的暗噪声、较大的响应度、较高的输出电压和较宽的动态范围,可以应用于X射线实时成像检测领域.     

低噪声低功耗微电容读出电路的优化与设计

结合斩波稳定技术,通过电容匹配和多级优化的方法分别对用于MEMS微传感器的微电容读出电路的噪声性能和功耗进行了优化.基于优化分析采用两级斩波稳定电路结构,在CSMC 0.5 μm CMOS工艺下,用Cadence Spectre进行了仿真验证.结果表明能精确检测出aF(10-18F)量级的微电容,输出电压变化量与电容变化量呈线性关系,并且输出失调电压仅为38.9 μV,等效输入噪声电压为17 nV/Hz1/2.在5 V电源电压下功耗仅为2.5 mW,输出延时为6.29 μs.     

基于霍尔电流传感器的读出电路设计

基于旋转电流技术和斩波技术,研究并设计一种应用于霍尔电流传感器的低噪声、高精度读出电路。在传统单通道带斩波仪表放大器的基础上增加了一条高频通路,并在传统低通滤波结构上进行改进,引入一种纹波消除环路,实现对失调电压及1/f噪声的消除。采用0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,对所设计的电路进行仿真验证。通过Spectre仿真,整体电路-3 dB带宽高达675 k Hz,纹波抑制比为65. 6 dB,输入等效参考噪声功率谱密度(PSD)为21n V/Hz~(1/2),共模抑制比(CMRR)为120 dB,满足高精度霍尔电流传感器读出电路的要求。     

薄膜体声波谐振器(FBAR)谐振特性的模拟分析*

主要利用Mason等效电路模型对加入介质声损耗的薄膜体声波谐振器输入阻抗公式进行了推导,并利用该结果对薄膜体声波谐振器的谐振特性进行了模拟分析,分别就不同压电层材料和厚度以及不同电极材料和厚度对薄膜体声波谐振器谐振特性的影响进行了详细分析.结果表明,薄膜体声波谐振器谐振频率主要由压电材料和厚度决定但电极的影响也是很大的.在制作高频FBAR器件(5GHz以上)时,采用氮化铝作压电材料比用氧化锌作压电材料更合适.     

Ladder‐lattice bulk acoustic wave filters: Concepts,design, and implementation

This article presents a study of ladder‐lattice bulk acoustic wave (BAW) filters. First, a review of BAW technology and filters topologies is addressed. Next, a mixed ladder‐lattice BAW filter for application on W‐CDMA reception front‐ends (2.11–2.17 GHz) is presented. An improved solidly mounted resonators (SMR) technology was used for the filter implementation. The filter synthesis methodology is briefly described. Layout guidelines are discussed enabling an optimized filter design. The filter on‐wafer measurement results are as follows: ?3.55 dB of insertion loss, ?8.7 dB of return loss, an isolation higher than ?47 dB at the transmission band (1.92–1.98 GHz) and an improved selectivity (?30 dB at 2.14 GHz ± 60 MHz). Therefore, we can observe that the mixed topology combines the advantages of ladder and lattice networks, having very steep responses and an improved isolation at undesired bands. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2008.     

A general procedure for the design of bulk acoustic wave filters

This article presents a procedure for the design of bulk acoustic wave (BAW) filters. The procedure consists of optimizing the modified Butterworth‐Van Dyke model of each resonator, considering appropriate technological parameters. The approach is demonstrated first to design a classical aluminum nitride‐based BAW filter but remains valid for other piezoelectric layers, considering either longitudinal or transverse acoustic wave coupling. The approach is finally applied to the design of a lithium niobate (LiNbO₃) BAW filter for wide‐band filtering applications. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2011.     

新型抗腐蚀结构声表面波湿度传感器的研究

为解决声表面波(SAW)湿度传感器存在易被污染、不易清洁、稳定性差等问题,提出了一种新的基于改进的单端口SAW谐振器结构用于湿度检测。在此结构中,在ITO材料制作的叉指换能器和反射阵上溅射厚度为5pm Si3N4层以屏蔽各种腐蚀性物质如酸性、碱性等腐蚀性气体对SAW谐振器电极的侵蚀。相比常规谐振器,新结构加大了谐振器叉指换能器与一个反射阵之间距用于涂敷湿敏材料,同时在石英基片背面布设ITO材料脱湿电路。给出了基于此类结构SAW湿度传感器的制作工艺、感湿实验测试结果。实验验证了该结构SAW湿度传感器的可清洁性、耐腐蚀性及该结构的有效性。     

无线无源声表面波传感器研究进展

声表面波（SAW）传感器是一种无线无源传感器,在无源传感、适应恶劣环境等许多方面具有普通传感器不能实现的优点.阐述了声表面波器件的原理和结构特点,并对射频信号收发、信息处理等关键技术进行详细论述,综述了近些年国内外的相关研究现状,并进行了总结与展望.     

声表面波压力传感器的温度补偿

基于声表面波传感器(SAW)理论基础,研究了SAW压力传感器的输入-输出特性。并对影响其性能的主要因素———温度进行了理论和实验分析,得到了SAW压力传感器的温度特性曲线。在非线性补偿方法的基础上,采用反向传播(BP)神经网络对其进行温度补偿,达到了减小误差、提高测量准确度的目的。     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

监测挥发性有机物的SAW传感器的研究进展

综述了可以连续操作和用于原位监测有机挥发性化合物的声表面波(SAW)化学传感器的研究进展。不锈钢包装和集成电路板的应用,使SAW传感器可以用于空气、土壤和水等在内的多种环境中监测有机挥发性化合物(VOCs)。介绍了根据常见地下水污染物氯代脂肪烃(如三氯乙烯)选择的高分子膜以及对传感器进行的优化。     

声表面波温度传感器频率分级扫描方法研究

针对声表面波(SAW)谐振腔体的频率响应单侧单调特征,为提高传感器的温度响应速度,提出了一种频率分级扫描方法,将频率扫描分为粗扫频和精扫频两个阶段,以不同的扫频步长依次进行.利用粗扫频确定中心谐振频率所处的频率区间,再在该频率区间内利用精扫频得到腔体中心谐振频率,可将温度传感器扫频时间降为原来的1/7.利用提出的频率扫描方法开展实验研究,分别研究了单个传感器的温度量测不确定度和多个传感器的温度量测一致性,并分析了实验结果.     

基于超支化聚合物的声表面波化学毒剂传感器

基于声表面波（SAW）技术的化学毒剂传感器在检测下限、响应速度以及减小温度、湿度交叉敏感等方面还需进一步提高。提出了在SAW双端口谐振器上涂敷超支化聚合物的方法提高传感器的检测下限和灵敏度。通过建立Van Dyke模型,分析了敏感膜对SAW化学毒剂传感器Q值、插入损耗以及电路阻抗匹配的影响。利用谐振器代替延迟线,确保了器件具有插入损耗、高Q值的特点。实验证实,在谐振器的中心栅结构上涂覆聚合物可以减小粘弹性聚合物对谐振器插损、Q值以及输入输出阻抗的影响。对设计的化学毒剂传感器进行了沙林毒剂检测实验,采用315MHz的SAW谐振器结合超支化聚合物膜,检测沙林气体浓度为5．0mg／m^3。实验表明：这种传感器的灵敏度可达到600Hz／mg／m^3,响应时间为50s,恢复时间约为60s。