文档介绍：分类号学号 M200972078
学校代码 10487 密级

硕士学位论文

ZnO/ SiO2/ Si 基声表面波生物传感器
基础问题研究

学位申请人: 易鹏程
学科专业: 微电子学与固体电子学
指导教师: 傅邱云教授
答辩日期: 2012 年 1 月 4 日
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering

Surface acoustic wave (SAW) biosensor with
ZnO/SiO2/Si substrate

Candidate: Yi Pengcheng
Major: Microelectronics and Solid State Electronics
Supervisor: Prof. FU Qiuyun

Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
January, 2012
独创性声明

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的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他
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日期: 年月日

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不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
无线无源声表面波生物传感器具有精度高、集成度高、应用范围广、适于大批量
生产等优点,一直以来是生物传感器领域的重要内容。论文讨论了声表面波生物传
感器的基本原理及其主要性能,简述了其生物固化膜的制备方法,并完成了声表面
波换能器的基本设计。
首先通过射频磁控溅射法制备了 ZnO/ SiO2/Si 基片。控制溅射时长制得的基片氧
化锌薄膜厚度分别为 200 纳米至 2000 纳米之间。由 FSEM 的尺寸测量对这些样品生
长速率进行了定标,计算得到氧化锌薄膜的生长速率为每分钟 10 纳米。
对制备所得的 ZnO/ SiO2/Si 基片进行性能检测。将 ZnO 厚度为 300 纳米和 600
纳米的样品进行 XRD 和 SEM 检测。通过 XRD 的测量可以观察到各个样品的 c 轴取
向性并可以计算出样品的氧化锌晶粒尺寸及其他晶体参数。通过 FSEM 测量可以观
测到各个样品氧化锌薄膜的平整性、结晶质量等性质。本文着重讨论了退火温度对
氧化锌薄膜的 c 轴取向性、结晶尺寸和晶粒均匀度等方面的性能,并通过对比可以
得到结论:退火温度对薄膜的 c 轴取向性和结晶质量方面有比较大的影响。且随着
氧化锌薄膜厚度的减小,所需的最佳退火温度应随之降低。
对声表面波生物传感器的换能器进行设计。选择了电极宽度控制单相单向换能器
(/ SPUDT)为主要的换能器结构研究对象。通过耦合模理论进行模拟,在叉指周期
数、中心频率、电极宽度等参数方面模拟了其插入损耗性能,得到了与实际经验较
为相符的结果,并最终对换能器确定了设计参数,以用于改善声表面波生物传感器
的整体性能。

关键词:声表面波生物传感器纳米氧化锌薄膜单相单向换能器
I
华中科技大学硕士学位论文

Abstract
SAW biosensors are a great part of the biosensors. In this article, the main function of
SAW biosensor isdiscussed, the basic production process of biological cured film is