(57)【要約】【課題】弾性波センサのセンシングの正確性を向上させる。【解決手段】第２のＩＤＴ電極５が励振する弾性波が圧電基板２と誘電体膜７との境界を伝搬する境界波となる弾性境界波素子でリファレンス部を構成するにより、弾性波センサ１に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極５に検出対象物質等が付着することを防止する。これにより、この付着物による特性変化が抑制されるため、第２のＩＤＴ電極５で構成するリファレンス部のセンシングの正確性を向上させることができる。その結果、弾性波センサ１のセンシングの正確性が向上する。【選択図】図１
2012229926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板の上に形成された第１のＩＤＴ電極と、
前記第１のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第１の判定部と、
前記圧電基板の上に前記第１のＩＤＴ電極を覆うように形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する反応部と、
前記圧電基板の上に形成された第２のＩＤＴ電極と、
前記第２のＩＤＴ電極の上に設けられた誘電体膜と、
前記第２のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第２の判定部と、
前記第１の判定部が判定した特性と前記第２の判定部が判定した特性とを比較し、この比較結果に基づき検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質を検出する検出部とを備え、
前記第２のＩＤＴ電極は、前記圧電基板と前記誘電体膜との境界を伝搬する弾性境界波を励振させることを特徴とした弾性波センサ。
【請求項２】
圧電基板と、
前記圧電基板の上に形成された第１のＩＤＴ電極と、
前記第１のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第１の判定部と、
前記圧電基板の上に前記第１のＩＤＴ電極を覆うように形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する反応部と、
前記圧電基板の上に形成された第２のＩＤＴ電極と、
前記第２のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第２の判定部と、
前記第１の判定部が判定した特性と前記第２の判定部が判定した特性とを比較し、この比較結果に基づき前記検出対象物質を検出する検出部とを備え、
前記第２のＩＤＴ電極は、前記第２のＩＤＴ電極の励振空間を形成するカバー部によって覆われたことを特徴とした弾性波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定物質に反応する反応部を備えた弾性波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の弾性波センサを図４を用いて説明する。図４は、従来の弾性波センサの断面模式図である。
【０００３】
図４において、従来の弾性波センサ１０１は、圧電基板１０２と、圧電基板１０２の上に形成された第１のＩＤＴ電極１０３と、第１のＩＤＴ電極１０３によって励振される弾性波の周波数を判定する第１の判定部（図示せず）と、圧電基板１０２の上に第１のＩＤＴ電極１０３を覆うように形成されて、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質に反応する反応部１０４とを備える。また、従来の弾性波センサ１０１は、圧電基板１０２の上に形成された第２のＩＤＴ電極１０５と、第２のＩＤＴ電極１０５によって励振される弾性波の周波数を判定する第２の判定部（図示せず）とを備える。弾性波センサ１０１の周囲温度等が変化すると、圧電基板１０２の弾性定数や体積が変化し、その結果、第１のＩＤＴ電極１０３によって励振された弾性波の共振周波数が変化する。即ち、第２のＩＤＴ電極１０５と第２の判定部はリファレンス部として機能する。さらに、従来の弾性波センサ１０１は、第１の判定部が判定した周波数と第２の判定部が判定した周波数とを比較し、その比較結果に基づき検出対象物質を検出する検出部（図示せず）を備える。
【０００４】
このように、従来の弾性波センサ１０１は、周囲温度変化等によって第１のＩＤＴ電極１０３によって励振される弾性波の周波数が変化しても、検出部が第１の判定部が判定した周波数と第２の判定部が判定した周波数とを比較し、第１の判定部の判定結果に補正を加えるので、弾性波センサ１０１のセンシングの正確性を向上させることができる。
【０００５】
なお、この出願に関連する先行技術文献として特許文献１、特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０９１４号公報
【特許文献２】特開２００９−００２６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、第１のＩＤＴ電極１０３と第２のＩＤＴ電極１０５とが同一基板上に存在するため、上記従来の弾性波センサ１０１に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極１０５にも検出対象物質等が付着し、この付着物によって第２のＩＤＴ電極１０５によって励振される弾性波の共振周波数が変化する。その結果、第２のＩＤＴ電極１０５で構成するリファレンス部のセンシングの正確性が劣化し、これにより、弾性波センサ１０１のセンシングの正確性が悪化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、弾性波センサのセンシングの正確性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の弾性波センサは、圧電基板と、この圧電基板の上に形成された第１のＩＤＴ電極と、この第１のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第１の判定部と、圧電基板の上に第１のＩＤＴ電極を覆うように形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する反応部と、圧電基板の上に形成された第２のＩＤＴ電極と、この第２のＩＤＴ電極の上に設けられた誘電体膜と、この第２のＩＤＴ電極によって励振される弾性波の特性を判定する第２の判定部と、第１の判定部が判定した特性と第２の判定部が判定した特性とを比較し、この比較結果に基づき検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質を検出する検出部とを備え、第２のＩＤＴ電極が励振する弾性波が圧電基板と誘電体膜との境界を伝搬する境界波となる弾性境界波素子でリファレンス部を構成することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、弾性波センサに対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極に検出対象物質等が付着することを防止する。これにより、この付着物による特性変化が抑制されるため、第２のＩＤＴ電極で構成するリファレンス部のセンシングの正確性を向上させることができる。その結果、弾性波センサのセンシングの正確性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における弾性波センサの上面模式図
【図２】本発明の実施の形態１における弾性波センサの断面模式図
【図３】本発明の実施の形態２における弾性波センサの断面模式図
【図４】従来の弾性波センサの断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１における弾性波センサの上面模式図であり、図２は、実施の形態１における弾性波センサのＡＢ断面における断面模式図である。
【００１３】
図１、図２において、弾性波センサ１は、圧電基板２と、圧電基板２の上に形成され例えばＳＨ（Ｓｈｅａｒ−Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）波やレイリー波等の波長λ1の弾性波を励振させる第１のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極３と、第１のＩＤＴ電極３によって励振される弾性波の周波数を判定する第１の判定部６と、圧電基板２の上に第１のＩＤＴ電極３を覆うように形成されて、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する反応部４とを備える。また、弾性波センサ１は、圧電基板２の上に形成され波長λ2の弾性波を励振させる第２のＩＤＴ電極５と、第２のＩＤＴ電極を覆う波長λ2以上の膜厚を有する誘電体膜７と、第２のＩＤＴ電極５によって励振される弾性波の周波数を判定する第２の判定部８とを備える。弾性波センサ１の周囲温度等が変化すると、圧電基板２の弾性定数や体積が変化し、その結果、第１のＩＤＴ電極３によって励振された弾性波の共振周波数が変化する。即ち、第２のＩＤＴ電極５と第２の判定部８はリファレンス部として機能する。さらに、弾性波センサ１は、第１の判定部６が判定した周波数と第２の判定部８が判定した周波数とを比較し、その比較結果に基づき検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質を検出する検出部９を備える。この検出部９によって、弾性波センサ１は、周囲温度変化等によって第１のＩＤＴ電極３によって励振される弾性波の周波数が変化しても、検出部９が第１の判定部が判定した周波数と第２の判定部が判定した周波数とを比較し、第１の判定部の判定結果に補正を加えるので、弾性波センサ１のセンシングの正確性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、第２のＩＤＴ電極５が励振する弾性波が圧電基板２と誘電体膜７との境界を伝搬する境界波となる弾性境界波素子でリファレンス部を構成する。この構成により、弾性波センサ１に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極５に検出対象物質等が付着することを防止する。これにより、この付着物による共振周波数変化が抑制されるため、第２のＩＤＴ電極５で構成するリファレンス部のセンシングの正確性を向上させることができる。その結果、弾性波センサ１のセンシングの正確性が向上する。
【００１５】
圧電基板２は、圧電単結晶基板からなり、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム系、タンタル酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の基板である。
【００１６】
第１のＩＤＴ電極３と第２のＩＤＴ電極５は、夫々２つの櫛形電極の電極指がかみ合うように配置されることで構成される。第１のＩＤＴ電極３の電極指ピッチ（＝λ1の１／２）と第２のＩＤＴ電極５の電極指ピッチ（＝λ2の１／２）とは異なっていても良いし同一でも良い。ただし、第１のＩＤＴ電極３と第２のＩＤＴ電極５の電極指ピッチ、電極指の本数、交差幅、膜厚等の電極構造が同一であると、両ＩＤＴ電極の周囲温度から受ける影響度を近づけることができ、弾性波センサ１のセンシング精度が向上する。この第１のＩＤＴ電極３と第２のＩＤＴ電極５の膜厚は、λ1＝λ2＝λとすると、０．０１λ〜０．１２λ程度であり、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、モリブデン又はクロムからなる単体金属、若しくはこれらを主成分とする合金、又はこれらの金属が積層された構成である。特に、これらＩＤＴ電極３、５の材料として、腐食に強く質量の大きい金を用いるのが望ましい。
【００１７】
反応部４は、第１のＩＤＴ電極３に接して設けられていても良いが、第１のＩＤＴ電極３の上に設けられた圧電体膜（図示せず）や誘電体膜（図示せず）の上に設けられていても良い。即ち、反応部４は、第１のＩＤＴ電極３に励振された弾性表面波の変位が存在する範囲に設けられていれば良い。この反応部４は、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する適宜の人工細胞膜等の有機材料膜や、ニッケル、銅、金、コバルト、亜鉛等の単体金属、若しくは合金からなる金属膜で構成され得る。また、この反応部４は、膜状でなくとも良く、例えば粒子状のリポソームからなる反応粒子であっても良い。
【００１８】
第１の判定部６は第１のＩＤＴ電極３によって励振される弾性波の周波数を判定するが、第１のＩＤＴ電極３によって励振される弾性波の速度、振幅、波長等の他の特性を判定しても良い。同様に、第２の判定部８は第２のＩＤＴ電極５によって励振される弾性波の周波数を判定するが、第２のＩＤＴ電極５によって励振される弾性波の速度、振幅、波長等の他の特性を判定しても良い。
【００１９】
検出部９は、第１の判定部６が判定した弾性波の特性と第２の判定部８が判定した弾性波の特性とを比較し、この比較結果に基づき、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質を検出する。例えば、この検出部９は、上記比較の際、第２の判定部８が判定した弾性波の周波数に基づいて、弾性波センサ１の周囲温度を算出し、この算出結果に基づいて、第１の判定部６が判定した弾性波の周波数に補正を加え、補正後の周波数によって検出対象物質の有無を検出する。なお、検出部９は、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質の存在有無を検出しても良いし、それら物質の濃度を検出しても良い。
【００２０】
これら第１の判定部６、第２の判定部８、検出部９は、同一半導体パッケージ内に存在しても良いし、異なる半導体パッケージに存在しても良い。
【００２１】
誘電体膜７は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、ダイアモンド（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、若しくは、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の単層構造又はこれらの積層構造である。尚、誘電体膜７として例えば酸化ケイ素等の圧電基板２とは逆の周波数温度特性を有する媒質を用いた場合、弾性波センサ１の周波数温度特性を向上することができる。また、圧電基板２と誘電体膜７を伝搬するバルク波の速度が、第２のＩＤＴ電極５によって励振される弾性波の速度より速くなるように圧電基板２、第２のＩＤＴ電極５、誘電体膜７の材料とこれらの膜厚を決定することにより、誘電体膜７と圧電基板２の境界部に弾性波を閉じ込めることができる。尚、第２のＩＤＴ電極５における主要弾性波の速度は、主に誘電体膜７の材料と第２のＩＤＴ電極５の材料及び膜厚で決定される。第２のＩＤＴ電極５を覆う圧電基板２側から一層目の誘電体膜として、圧電基板２とは逆の周波数温度特性を有する媒質である例えば酸化ケイ素を用い、その上の二層目の誘電体層として、その誘電体層中を伝搬する最も遅いバルク波の速度が第２のＩＤＴ電極５が励振させる弾性波の速度より速い媒質である例えばダイアモンド、窒化シリコン、窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウムを用いると、周波数温度特性と主要波の閉じ込めを両立することができる。
【００２２】
また、誘電体膜７の膜厚は、第２のＩＤＴ電極５が励振する弾性波の波長λ2で規格化すると波長λ2以上５λ2以下であることが望ましい。誘電体膜７の膜厚が波長λ2以上であると、第２のＩＤＴ電極５が励振させる弾性波を素子内に閉じ込めることが容易となり、誘電体膜７の膜厚が波長５λ2以下であると、素子の低背化を図ることができる。望ましくは、誘電体膜７の膜厚が弾性波の波長２λ2以上であると、弾性波を、素子内にほぼ完全に閉じ込めることができる。
【００２３】
このような弾性波センサ１において、第１のＩＤＴ電極３は圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波を励振させると共に第２のＩＤＴ電極５は圧電基板２と誘電体膜７との境界を伝搬する弾性境界波を励振させる構成である。
【００２４】
この構成により、弾性波センサ１に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極５に検出対象物質等が付着することを防止する。これにより、この付着物による共振周波数変化が抑制されるため、第２のＩＤＴ電極５で構成するリファレンス部のセンシングの正確性を向上させることができる。その結果、弾性波センサ１のセンシングの正確性が向上する。
【００２５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。図３は、実施の形態２における弾性波センサ１１の断面模式図である。尚、特に説明しない限りにおいて、その構成は実施の形態１と同様である。
【００２６】
実施の形態２の弾性波センサ１１において、第２のＩＤＴ電極５が弾性表面波を励振させると共に、この励振空間１５を形成するカバー部１２によって覆われたことを特徴としている。この第２のＩＤＴ電極５は圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波を励振させる。
【００２７】
カバー部１２は、例えば、圧電基板２の上に第２のＩＤＴ電極５を囲むように設けられた側壁１３と、第２のＩＤＴ電極５の上方を覆うように側壁１３の上に設けられた蓋体１４とからなる。
【００２８】
側壁１３は、第２のＩＤＴ電極５の周囲の少なくとも一部を囲む高さが５〜１５μｍ程度の絶縁体で、所定の形状に加工することが容易なことから樹脂を用いている。特に、側壁１３として感光性樹脂を用いることで圧電基板上に複数個の弾性波フィルタ部品を作るための側壁１３を精度良く所望の形状に形成することが可能である。感光性樹脂としては、感光性ポリイミド樹脂、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリレート樹脂等、感光性を有する樹脂材料であれば様々な材料を用いることが可能である。感光性ポリイミド樹脂はガラス転移点が高く、高温環境下での信頼性が高いため、側壁１３として特に好ましい。
【００２９】
蓋体１４は、接着層（図示せず）を介して側壁１３の上部に接着されることにより保持された厚みが１〜１０μｍ程度の天板であり、圧電基板２および側壁１３とともに第２のＩＤＴ電極５を収容している。この蓋体１４には、金属を用いると機械的強度に優れ、かつ導電性を有することにより蓋体１４の電位を制御することが可能となる点で好ましく、さらに銅を用いると単結晶の圧電基板２と線膨張係数が略等しい点でより好ましい。また、蓋体１４として、例えば、感光性樹脂組成物シートを用いてもよい。尚、図示していない上記接着層は、厚みが１〜１０μｍ程度の接着剤で、例えば、エポキシ系、ポリフェニレン系、若しくはブタジエン系の樹脂、またはこれらの混合樹脂からなる。
【００３０】
励振空間１５は、圧電基板２、側壁１３および蓋体１４によって囲まれた領域である。この励振空間１５は気密性を有するものであり、その内部に第２のＩＤＴ電極５が収容されている。この励振空間１５内は通常気圧の空気であっても構わないが、減圧密封されていると第２のＩＤＴ電極５の腐食を防止できるので、なお好ましい。
【００３１】
この第２のＩＤＴ電極５を覆うカバー部１２により、弾性波センサ１１に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させる際、リファレンス部を構成する第２のＩＤＴ電極５に検出対象物質等が付着することを防止する。これにより、この付着物による共振周波数変化が抑制されるため、第２のＩＤＴ電極５で構成するリファレンス部のセンシングの正確性を向上させることができる。その結果、弾性波センサ１１のセンシングの正確性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかる弾性波センサは、センシングの正確性を向上させるとの効果を有し、各種医療機器等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１、１１  弾性波センサ
２  圧電基板
３  第１のＩＤＴ電極
４  反応部
５  第２のＩＤＴ電極
６  第１の判定部
７  誘電体膜
８  第２の判定部
９  検出部
１２  カバー部
１３  側壁
１４  蓋体
１５  励振空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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