(57)【要約】【課題】元素を固定するために設計された表面（７）を含む少なくとも１つの音響共振器を含む流体環境中で元素を検出するためのデバイスを提供すること。【解決手段】共振器は、対称ラム波の発生を促進する、ラム波を発生し測定する手段（８）を含む。デバイスは、共振器の共振周波数を分析して、元素の存在を表す対称ラム波の共振周波数の変動を決定する。
2011517249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−元素を固定するために設計された表面（７）を備える少なくとも１つの音響共振器（６）であって、前記共振器が、対称ラム波を発生させることができるようにすると共に共振器（６）の共振周波数を表す信号を提供させることができるようにするラム波を発生し測定する手段（８）を含む音響共振器と、
−前記共振器（６）の前記発生し測定する手段（８）に接続される電子的処理手段（９）と
を含む、流体環境で前記元素を検出するデバイスであって、
前記音響共振器（６）が２つの縦方向の外側面（１４ａ、１４ｂ）により区切られる圧電性スタック（４）を含み、前記発生し測定する手段（８）が３つ以上の奇数の縦方向の上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）を含み、前記上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）が前記圧電性スタック（４）の上面（１５ａ）上に一様に分散され、前記圧電性スタック（４）の各縦方向の外側面（１４ａ、１４ｂ）が、関連する上部電極の端と整列され、２つの隣接する上部電極（５ａ、５ｂ）が逆極性を有し、同一極性の前記上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）が互いに電気的に接続され、少なくとも１つの下部電極（１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が前記圧電性スタック（４）の底面（１５ｂ）上に配列されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記発生し測定する手段（８）が逆極性の前記上部電極間に電圧を印加する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
浮動電位を有し、かつ前記圧電性スタック（４）の前記底面（１５ｂ）の全体を覆う単一下部電極（１２）を含むことを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４】
上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）の数に等しいいくつかの下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）を含み、各下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が、対応する上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）と向かい合うように配列され、２つの隣接する下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が逆極性を有し、前記同一極性の前記上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）及び前記下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が互いに電気的に接続されることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記向かい合う上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）及び下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が前記同一極性を有することを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記向かい合う上部電極（５ａ、５ｂ、５ｃ）及び下部電極（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が逆極性を有することを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記圧電性スタック（４）が１０ｎｍと５μｍの間からなる厚さを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
ある種の元素（１０）に対する受容体（１１）が前記共振器の前記表面（７）上に置かれ、前記流体中に前記デバイスを浸すことが、前記共振周波数の変動を引き起こすために、前記受容体（１１）を使って前記対応する元素（１０）のハイブリッド形成を達成することを意図することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の検出するためのデバイスを用いて流体媒体中の元素を検出する方法であって、以下の連続するステップ、すなわち、
−対称ラム波の発生に対応する基準共振周波数を決定するステップと、
−前記デバイスを前記流体媒体中に置くステップと、
−前記流体媒体中での前記対称ラム波の前記共振周波数を測定するステップと、
−前記流体媒体中の前記共振周波数と、前記基準共振周波数の差に従って前記元素を決定するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記基準周波数が決定されるとき、前記デバイスが空中又は水中に置かれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−元素を固定するために設計された表面を備える少なくとも１つの音響共振器であって、上記共振器が、対称ラム波を発生させることができるようにすると共に、共振器の共振周波数を表す信号を提供させることができるようにするラム波を生成し測定する手段を含む音響共振器と、
−共振器の発生し測定するための上記手段に接続される電子的処理手段と
を含む流体環境で上記元素を検出するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の方法では、水性環境での元素の検出が、音響共振器の共振周波数の変動を使用することにより行われることができる。これらの検出器の可能な応用例が、適切な受容体上で分子のハイブリッド形成を観測することである。化学受容体が検出器のそれぞれに堆積され、並列に配列された検出器を含む集積デバイスが、一括検出法を達成するために浸されることができる。この方法は化学的方法である。デバイスがいくつかの異なる流体環境中に浸されるとき、各共振器上に融合された受容体上で分子がハイブリッド形成しやすい。分子がハイブリッド形成すれば、分子は共振器に結びつけられるようになり、共振器の共振周波数を変える。分子が受容体上でハイブリッド形成するとき、元素が共振器の共振周波数に影響を及ぼす。次に、共振器の周波数のこの変化が電子的検出により観測されることができる。
【０００３】
そのようなデバイスは従来、表面弾性波（ＳＡＷ）を使用する。動作可能にするためには、実際にはエネルギー損失がデバイスの感度を大きく低下させるので、水中でエネルギーを損失してはならない音波をＳＡＷデバイスが与えなければならない。そのようなエネルギー損失を防ぐためには、流体と接触する表面に平行となるように音波が発生される。共振器の面内だけに波の変位を誘発する剪断波を発生させることができる限り、表面弾性波デバイスはよく適している。しかし、表面弾性波デバイスは圧電性基板を必要とするという欠点を提起するが、一方、一般にマイクロエレクトロニクス用に使用されるシリコンは圧電性基板ではない。したがって、そのようなデバイスの製造は、従来のマイクロエレクトロニクスの方法により、具体的には直径２００ｍｍの基板上に低コストで達成されることができない。
【０００４】
別の可能性が、ラム波と呼ばれる波を使用し、音波が流体中を伝播するのを防ぐように制御することである。ラム波は平板内を、すなわち平板の横寸法に比べて非常に小さな厚さの固体媒体中を伝播することができる体積波である。対称ラム波及び反対称ラム波という２種類のラム波がある。反対称ラム波だけが、液体中で音波を発生させるのを防ぐほど十分遅くすることができる。
【０００５】
Ｔ．Ｌａｕｒｅｎｔによる「Ｌａｍｂ  ｗａｖｅ  ａｎｄ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｄｅ  ｉｎ  ＺｎＯ／ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  ＡＩＮ／Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｂｌｅ  ｔｏ  ｏｐｅｒａｔｅ  ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  Ｌｉｑｕｉｄ」、「Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」Ｖｏｌ．８７（２０００年）、ｐ２６〜３７で発表された論文が、反対称ラム波を使用する、非粘性流体媒体中で質量検出器として使用される音響共振器について説明している。図１〜３に例示されるように、このデバイスはシリコン基板１を含み、そこにキャビティ２が形成され、シリコン又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜３により、及び金属表層１４により覆われ、この組立て自体圧電性スタック４により覆われる。スタック４は、たとえば窒化アルミニウム又は酸化亜鉛といった圧電性物質の層を含み、その層の上に電極（図１には示されていない）が堆積される。図２に示されるように、デバイスは、２つの互いにかみ合わされた電極組立、圧電性物質からなる励振電極５ａ、及び遅延線を形成する第２の制御電極５ｂを含むことができる。図３に例示される別の実施形態では、励振電極５ａが２つの制御電極５ｂの間に配列される。励振電極５ａと、１つ又は複数の制御電極５ｂの間の伝播時間の測定値が、水性媒体中での音波の伝播の速度を表す。
【０００６】
この論文は、周波数変動を決定し、それにより質量測定を達成する目的で反対称ラム波の使用を例示している。したがって、デバイスは、上記元素を固定するために設計された表面を備える少なくとも１つの音響共振器を含む。共振器は、ラム波を発生する手段、及び共振器の共振周波数を表す信号を提供するように設計された電極を含む。測定電極は、電子的処理手段に接続される。
【０００７】
米国特許第５、２１２、９８８号明細書が、媒体に結合された変換器を使用して、媒体中に対称ラム波と反対称ラム波の両方を発生するデバイスについて説明している。変換器は１端子タイプのものとすることができ、すなわち、変換器が媒体中でラム波を発生しかつ測定する。そのようなデバイスは最適ではない。共振構造でエネルギーが最大化されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５、２１２、９８８号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｔ．Ｌａｕｒｅｎｔによる論文、「Ｌａｍｂ  ｗａｖｅ  ａｎｄ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｄｅ  ｉｎ  ＺｎＯ／ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  ＡＩＮ／Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｂｌｅ  ｔｏ  ｏｐｅｒａｔｅ  ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  Ｌｉｑｕｉｄ」、「Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」Ｖｏｌ．８７（２０００年）、ｐ２６〜３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、製造及び使用するのが容易な、元素を検出するためのデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、２つの縦方向の外側面により区切られる圧電性スタックを音響共振器が含むという事実により達成され、発生し測定する手段が奇数の３つ以上の縦方向の上部電極を含み、上記上部電極が圧電性スタックの上面上に一様に分散され、圧電性スタックの各縦方向の外側面が、関連する上部電極の端と整列させられ、２つの隣接する上部電極が逆極性を有し、同一極性の上部電極が互いに電気的に接続され、少なくとも１つの下部電極が圧電性スタックの底面上に配列される。
【００１２】
一実施形態によれば、デバイスは浮遊電位を有し、圧電性スタックの底面の全体を覆う単一の下部電極を含む。
【００１３】
別の実施形態によれば、デバイスは上部電極の数に等しい、いくつかの下部電極を含み、各下部電極が、対応する上部電極と向かい合うように配列され、２つの隣接する下部電極が逆極性を有し、同一極性の上部電極及び下部電極が互いに電気的に接続される。
【００１４】
別の実施形態によれば、互いに向かい合う上部電極及び下部電極が、同一極性又は逆極性を有する。
【００１５】
本発明はまた、検出デバイスを用いて流体媒体中の元素を検出する方法に関し、方法は以下の連続するステップを含む。
【００１６】
−対称ラム波の発生に対応する基準共振周波数を決定するステップ、
−デバイスを上記の流体媒体中に置くステップ、
−流体媒体中で対称ラム波の共振周波数を測定するステップ、
−流体媒体中の共振周波数と、基準共振周波数の差に従って上記元素を検出するステップ。
【００１７】
限定しない例示の目的だけに示され、かつ添付の図面で表される本発明の具体的な実施形態の以下の説明から、別の利点及び特徴がより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術によるデバイスを例示する図である。
【図２】従来技術によるデバイスを例示する図である。
【図３】従来技術によるデバイスを例示する図である。
【図４】本発明によるデバイスを例示する図である。
【図５】本発明による共振器の２つの具体的な実施形態を例示する図である。
【図６】本発明による共振器の２つの具体的な実施形態を例示する図である。
【図７】対称ラム波の変位を概略例示する図である。
【図８】本発明による共振器の２つの具体的な実施形態を例示する図である。
【図９】本発明による共振器の２つの具体的な実施形態を例示する図である。
【図１０】本発明による共振器の２つの具体的な実施形態を例示する図である。
【図１１】本発明によるデバイスの異なる実装形態を例示する図である。
【図１２】本発明によるデバイスの異なる実装形態を例示する図である。
【図１３】本発明によるデバイスの上面図を例示する図である。
【図１４】本発明によるデバイスの異なる実装形態を例示する図である。
【図１５】図１４のデバイスの３次元図を例示する図である。
【図１６】共振器上での元素のハイブリッド形成を概略例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図４に例示されるように、流体媒体中の元素を検出するためのデバイスは、元素の存在を検出するために、元素を固定するために設計された表面７を備える少なくとも１つの音響共振器６を含む。共振器６は、対称ラム波を発生させることができるようにすると共に、共振器６の共振周波数を表す信号を提供させることができるようにするラム波を発生し測定する手段８を含む。電子的処理手段９が、共振器６の発生し測定する手段８に結合され、これらの電子的処理手段９は、発生し測定する手段により提供される信号の解釈を可能にする。
【００２０】
共振の概念は、その言葉のより広い意味でとらえられるべきである。実際には、反共振が各共振に付随するので、電子的処理手段は、共振又は反共振の周波数変動を解釈することができる。共振により意味することは、固有の共振と、反共振の両方である。
【００２１】
元素を流体媒体中で正しく検出するためには、デバイスが流体中で音波を発生しないことが重要である。音響分極は、実際には直立した物質及び／又は水平の物質の表面の１点の変位に対応する。したがって、共振器の共振周波数が流体中の音波の変位周波数よりも低いことが保証されなければならない。このことが、反対称ラム波が広く使用される理由である。実際には、流体中での音波の変位周波数よりもかなり低い、０Ｈｚに近い非常に低い周波数で反対称ラム波を得ることができる。
【００２２】
本発明は、対称ラム波の使用に基づく。これらの波は従来、流体中で音響エネルギーを散逸させる波を誘発する寄生波（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ｗａｖｅ）であると考えられているが、対称ラム波が正しく使用されるとき、一般に考えられているのとは反対に、対称ラム波は流体媒体中の元素の存在を検出するために使用されることができる。対称ラム波が、変位周波数を高めるデバイス中で使用されるとき、その結果できる音響分極はほぼ水平である。垂直成分は小さな範囲にしか存在せず、それにより流体中で縦方向の音波の発生を防ぐ。
【００２３】
ラム波を発生し測定する手段８は、対称ラム波の発生を促進する手段である。したがって、デバイスが流体中に浸されるのに対して、共振器６が対称ラム波の発生に対応する共振器６の共振周波数に設定されるとき、流体中に含まれる元素は、上記元素の固定のために設計された表面７と融和性があるが、この表面７に強固に結びつけられるようになり、その結果、共振器の共振周波数が変動する。このために、音響共振器は２つの縦方向の外側面１４ａ及び１４ｂにより区切られる圧電性スタック４を含み、発生し測定する手段８は、圧電性スタックの上面上に３つ以上の奇数の縦方向の上部電極５ａ、５ｂ、５ｃを含む。上部電極５ａ、５ｂ、５ｃは、圧電性スタック４の上面１５ａ上に一様に分散される。スタックの各縦方向の外側面１４ａ、１４ｂは、図５では関連する上部電極５ａ、５ｃの端１６と整列させられる。２つの隣接する上部電極が逆極性を有し、同一極性の電極が互いに電気的に接続される。少なくとも１つの下部電極が、圧電性スタック４の底面上に配列される。変動は上部電極及び／又は下部電極により測定され、次に、解釈されるために電子的処理手段９に送信される。
【００２４】
したがって、この本文で説明されるように、検出デバイスを用いて流体媒体中の元素を検出する方法は、以下の連続するステップを含む。
【００２５】
−共振器のレベルでの対称ラム波の発生に対応する基準共振周波数を決定するステップ、
−ある種の元素の存在が確認されるべき上記流体媒体中にデバイスを置くステップ、
−デバイスが流体媒体中に浸されたときの対称ラム波の共振周波数を測定するステップ、
−流体媒体中の共振周波数と、基準共振周波数の差に従って上記元素を検出するステップ。
【００２６】
流体媒体中の共振器の共振周波数は、上部電極及び／又は下部電極により測定され、次に、電子的処理手段９により解釈される。電子的処理手段９は、流体媒体中の共振周波数と、基準周波数の間の変動が、ある種の元素が流体中に存在することに対応するかどうかを決定する。
【００２７】
元素を固定するように設計された表面７を形成するために、共振器の一部又はすべてをハイブリッド形成層が覆うことができる。図１６に例示されるように、この層は、ある種の元素１０に適した受容体１１を含むので、共振器が流体中に浸されたとき、ある種の元素１０は受容体１１上にハイブリッド形成することができ、次にハイブリッド形成が共振器の質量の変化を引き起こし、その結果、共振周波数の変動が生じる。受容体は表面７を覆う有機層上に形成されることが好ましい。
【００２８】
図５に例示される具体的な実施形態によれば、対称ラム波を発生する音響共振器は、縦方向の外側面１４ａ及び１４ｂにより区切られる圧電性スタック４を含む。図５のように、圧電性スタック４の上面１５ａ及び底面１５ｂを接続するために、２つの外側面１４ａ及び１４ｂが実質的に互いに平行で、同じ高さにすることができる。共振器のラム波を発生し測定する手段８は、圧電性スタック４の上面１５ａ上に配列される少なくとも３つの実質的に平行な上部電極５ａ、５ｂ、及び５ｃを含むことが好ましい。上部電極５ａ、５ｂ、及び５ｃは縦方向であり、上部電極５ａ、及び５ｃがそれぞれ関連する外側面１４ａ、１４ｂと整列された端１６を有するように配列される。したがって図５では、各外側面１４ａ、１４ｂと上面１５ａとの界面が、上部電極５ａ、５ｃが配列される高さで稜端（ａｒｒｉｓ  ｅｄｇｅ）を形成する。底面１５ｂが下部電極１２により完全に覆われるように、浮遊電位にある下部電極１２が圧電性スタック４の下に配列される。浮遊電位にある電極１２に関連する上部電極５ａ、５ｂ、５ｃが圧電性スタック４に対して一様で、したがって対称に配列されることが、圧電性スタック内での対称ラム波の発生を強化する。圧電性スタックは、圧電性物質からなる少なくとも１つの層を含む。
【００２９】
図５では、上部電極５ａ及び５ｃが同一極性（＋）を有するのに対して、中央の上部電極５ｂは上部電極５ａ及び５ｃの極性に対して逆極性（−）となっている。
【００３０】
対称ラム波を発生し測定する手段は、逆極性の上部電極間に電圧（＋／−）を印加する手段を含む。同一極性の上部電極は互いに電気的に接続される。
【００３１】
図６では、図５の共振器の構造が、対称ラム波を発生する振動のモードの共振に対応する周波数で、上部電極５ａ／５ｂ及び５ｂ／５ｃの間でＡＣ電圧を印加することにより対称ラム波（図７）の断面に実質的に対応する断面に従って変形する。この変形は、圧電性スタック４内で発生した応力場により説明されることができる。上部電極５ａ及び５ｃが正に分極され、圧電性物質が下向き電気分極Ｐを有する領域では、圧電性スタック４の厚さが、上部電極５ａ及び５ｃと、浮遊電位にある電極１２の間で増大する。反対のやり方で、上部電極５ｂが負に分極された領域では、圧電性スタック４はその厚さを減少する傾向がある。
【００３２】
当然、上部電極の数は３つに限定されず、上部電極の数が奇数であり、かつ２つの隣接する上部電極が逆極性になるという前提で、いくつでも望むだけの電極を有することができる。
【００３３】
図８に例示される別の実施形態によれば、ラム波を発生し測定する手段は、複数の下部電極１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃを含み、それぞれが、電極５ａ／１２ａ、５ｂ／１２ｂ、及び５ｃ／１２ｃの対を形成するように、対応する上部電極５ａ、５ｂ、及び５ｃと向かい合う、圧電性スタックの底面上に配列される。２つの隣接する下部電極は逆極性となっている。次に、対称ラム波を発生し測定する手段は、電極５ａ／１２ａ、５ｂ／１２ｂ、及び５ｃ／１２ｃの対からなる電極間に電圧を印加する手段を含む。同一極性の上部電極及び下部電極が、互いに電気的に接続されることが好ましい。図８及び９では、対称ラム波の発生を促進するために、向かい合う上部電極及び下部電極が逆極性となっている。したがって、図８では、上部電極５ａ及び５ｃは正極性（＋）を有し、上部電極５ｂは負極性（−）を有するのに対して、下部電極１２ａ及び１２ｃは負極性（−）を有し、下部電極１２ｂは正極性を有する。次に、圧電性スタック４が下向きの電気分極Ｐを有する場合、前と同じ原理で共振器の変形（図９）が得られる。
【００３４】
図１０に例示される別の実施形態によれば、デバイスは依然として上部電極５ａ、５ｂ、５ｃの数に等しい数の下部電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含み、下部電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃはそれぞれ、対応する上部電極５ａ、５ｂ、５ｃと向かい合うように配列される。２つの隣接する下部電極が逆極性を有し、同一極性の上部電極及び下部電極が互いに電気的に接続される。向かい合う上部電極及び下部電極が同一極性を有する。したがって、この図１０では、上部電極５ａ及び５ｃ、ならびに下部電極１２ａ及び１２ｃが正極性（＋）を有するのに対して、上部電極５ｂ及び下部電極１２ｂが負極性（−）を有する。
【００３５】
上記に示された極性の例は当然限定的でなく、２つの隣接する電極の極性が逆であるという前提で、任意のタイプの連鎖が行われることができる。
【００３６】
圧電性スタック４は、具体的には膜に十分な剛性を与えるために、約１０ｎｍ〜５μｍまでの厚さを有することが好ましい。例示の目的で、ＡＩＮ又はＰｂ（Ｚｅ、Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴと呼ばれる）又はＺｎＯのタイプの圧電性物質が選択されることができる。このリストは当然網羅的でない。
【００３７】
図１１〜１３に例示される具体的な実施形態によれば、流体媒体中の元素を検出するためのデバイスが基板１を含む。一方の末端が基板１上に固定された、指の形の膜３が、膜３と基板１の間にキャビティ２を区切るように基板１の上部に作られる。膜を除去する前に、圧電性スタック４が膜３の上に形成され、圧電性スタック４上に配列される上部電極５ａ、５ｂ、５ｃを支える圧電性物質の少なくとも１つの層を含む。１つ又は複数の下部電極（１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）が膜３とスタック４の間に配列される。最後に、膜３が犠牲層のエッチングにより除去され、それによりキャビティ２を形成する。
【００３８】
膜３はまた、膜の両端が基板に固定されたブリッジを形成するように、基板上に２つの固定点（示されていない）を含むことができ、圧電性スタックがブリッジにより支えられる。
【００３９】
図１２に例示されるように、デバイスは、熱酸化が酸化ケイ素層１３を形成するために行われるシリコン基板１から得られることができる。この層１３は、０．５μｍの厚さを有することが好ましい。次に、重合体が堆積され、その後、台形形状のキャビティ２を区切る犠牲層の役割を果たす。この犠牲層は１．５μｍの厚さを有することが好ましい。次に、膜３を形成するように設計された窒化ケイ素の層が、たとえばＰＥＣＶＤにより酸化ケイ素層１３上、及び犠牲層上に堆積される。窒化ケイ素の層は４００ｎｍの厚さを有することが好ましい。次に、１つ又は複数の下部電極１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、次に、窒化アルミニウムから作成されることが好ましい、スタック４を形成する圧電性物質の層と、最後に上部電極５ａ、５ｂ、５ｃを含むスタックが作成される。１つ又は複数の下部電極１２は、１００ｎｍの厚さを有することができる層を形成するために白金（Ｐｔ）をスパッタリングすることにより作成され、次に、この層は、圧電性物質層の堆積前に、１つ又は複数の下部電極を形成するようにイオンエッチングによりエッチングされる。次に、圧電性物質層を形成するように設計された、約１μｍの厚さを有する窒化アルミニウム層が、デバイス全体の上にスパッタリングされる。次に、上部電極５ａ、５ｂ、５ｃの形成のために設計された約１００ｎｍの厚さを有する層が、圧電性スタック４を形成する窒化アルミニウム層上に白金（Ｐｔ）をスパッタリングすることにより作成される。次に、スタックは、圧電性スタックが２つの外側面１４ａ及び１４ｂにより区切られるように、犠牲層の高さまで下にエッチングされる。スタックのこのエッチングは、上部電極５ａ、５ｂ、５ｃを形成する白金の上部層のイオンエッチング、圧電性スタック４を形成する窒化アルミニウム層に対するウェットエッチング、及び膜３を形成する窒化ケイ素層に対する反応性イオンエッチングにより行われる。最後に、キャビティ２を形成するために、犠牲層が酸素プラズマ中で除去される。したがって、膜３、下部電極１２、圧電性スタック４、及び上部電極５ａ、５ｂ、５ｃが、図１１及び１２に垂直な平面内でキャビティ２の上方に指を形成して、図１５に例示される共振器を形成する。
【００４０】
図１４に例示される別の実施形態によれば、キャビティ２が基板１内に形成される。基板１は、キャビティ２を形成するために酸化前にたとえばエッチングされる。次に、酸化層１３が作成され、キャビティ２を埋める重合体により犠牲層が形成される。次に、膜３の作成及び圧電性スタックの作成、ならびに犠牲層の除去による膜３の除去が、上記（図１５）で説明されるように行われる。
【００４１】
電極の短絡又は酸化を防ぐために、絶縁体（示されていない）により電極が覆われることができる。それにより、完成されたデバイスが直接流体媒体中に浸されることができる。
【００４２】
作成されたデバイスは、水性媒体の存在する中に置かれたときに、どんな共振変動も示さない。したがって、水性媒体中で発生した音波は無視できる。さらに、デバイスは直接流体媒体中で使用されることができるのに対して、ある種のデバイスは第一に、流体媒体中に浸される構造、水の蒸発、及びそのときに初めて電気的試験を必要とする。この新しいデバイスを使って、直接水性媒体中で試験が行われることができ、その結果、非常に大きな時間の節約となる。
【００４３】
複数の共振器が単一基板上に作成されることができる。この場合、各共振器は、異なる種類の元素を固定するために設計された表面を含む。次に、各表面は元素のハイブリッド形成を可能にする受容体を備え、このことは、各共振器が対称ラム波の発生に対応する各共振器の共振周波数に設定されたとき、異なる共振器を含む基板が流体中に浸されることができ、電子的処理手段が、各共振器の共振周波数測定値に従って流体の内容を分析することができることを意味する。
【００４４】
検出する方法の開発によれば、共振器をその共振周波数に設定するステップが、検出デバイスの較正ステップを含む。したがって、基準周波数が決定されるとき、デバイスは空中又は水中に配置される。音響共振器が圧電性物質を含むとき、発生し測定する手段のレベルでインピーダンスピークが測定されるまで、ラム波を発生する手段の励振周波数を変化させることにより較正が行われることができ、このとき、ピークは、対称ラム波が共振器内で発生した共振周波数に相当する。
【００４５】
より具体的には、インピーダンスピークに到達したときに、物質中で対称ラム波を発生するために、圧電性物質の使用により、機械的応力が電気的励振により物質に印加されることができるようになる。次に、共振器が流体中に浸されたとき、元素が流体とハイブリッド形成する場合、圧電性物質の応力が変化し、この場合、発生し測定する手段の端子間でのインピーダンス又は電圧の変動を意味する。
【００４６】
本発明によるデバイスを使用することにより、共振構造内の弾性エネルギーが最大化されることができるようになり、それにより、デバイスの感度を改善する。
【図１】
2011517249.tif 000003
【図２】
2011517249.tif 000004
【図３】
2011517249.tif 000005
【図４】
2011517249.tif 000006
【図５】
2011517249.tif 000007
【図６】
2011517249.tif 000008
【図７】
2011517249.tif 000009
【図８】
2011517249.tif 000010
【図９】
2011517249.tif 000011
【図１０】
2011517249.tif 000012
【図１１】
2011517249.tif 000013
【図１２】
2011517249.tif 000014
【図１３】
2011517249.tif 000015
【図１４】
2011517249.tif 000016
【図１５】
2011517249.tif 000017
【図１６】
2011517249.tif 000018
【国際調査報告】
2011517249.tif 000019
2011517249.tif 000020
2011517249.tif 000021
2011517249.tif 000022
2011517249.tif 000023
2011517249.tif 000024