雙通道石英晶體微天平的研究.pdf

1、石英晶體微天平(Quartz crystal microbalance，QCM)是一種工作于厚度剪切模式(Thickness shear mode，TSM)的體聲波(Bulk acoustic wave，BAW)傳感器。作為一種新型傳感器，QCM具有制作簡單、反應(yīng)迅速、測量精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被普遍應(yīng)用于液相生物、化學(xué)等領(lǐng)域。
　　QCM通過諧振頻率的變化探測晶體表面微小的質(zhì)量附著。在液相工作時，傳感器的諧振頻率還會受到液體其他

2、特性的影響，如:液體的密度與粘度等。而液體的這些特性又與環(huán)境溫度息息相關(guān)。為了減少環(huán)境因素對測量造成的影響，本文提出了一種新型結(jié)構(gòu)，將兩個QCM諧振元集成在一個石英晶片上組成雙通道石英晶體微天平(Dualchannel quartz crystal microbalance，DQCM)。雙通道中的一個通道作為工作電極參與實(shí)驗(yàn)沏量，另一通道則作為參考電極用于消除環(huán)境因素帶來的影響。
　　本文分析了DQCM兩通道之間的干擾，在芯片設(shè)計(jì)

3、方面，從兩通道之間的間距、電極大小，諧振元直徑厚度比等幾個方面考慮，解釋了DQCM之間的耦合成因。比較了不同的隔離方式，以減小兩通道間的相互干擾。通過詳盡的理論分析之后，設(shè)計(jì)了一種“反臺階”式結(jié)構(gòu)的DQCM，在提高靈敏度的同時，保持芯片的機(jī)械強(qiáng)度。此外，兩通道間的凸臺結(jié)構(gòu)，又可以起到隔離震動，防止干擾的作用。工藝過程采用濕法腐蝕石英微加工過程。
　　芯片測試采用流動注射系統(tǒng)，與之配套研制了流通池用于安放芯片。流通池采用聚甲基丙烯酸