特開 2024-128765 センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128765

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240913BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240913BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20240913BHJP

   H10N 30/06 20230101ALI20240913BHJP

   H03H 9/17 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

H10N30/30

H10N30/87

H10N30/06

H03H9/17 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037950

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】三浦 慎平

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA09

5J108BB07

5J108BB08

5J108CC02

5J108CC04

5J108DD01

5J108DD06

5J108EE03

5J108EE04

5J108EE13

5J108HH01

5J108HH05

5J108KK01

(57)【要約】

【課題】弾性エネルギーの損失を抑制し、かつスプリアスを抑制するセンサを提供する。
【解決手段】センサは、圧電膜１４と、前記圧電膜を挟む下部電極１２および上部電極１６と、平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域５０における前記上部電極上に設けられた感応膜１８と、前記共振領域における前記感応膜の周囲に設けられた付加膜２０と、を備え、前記共振領域の面積に対する、前記感応膜と前記付加膜とのうち前記感応膜のみが設けられた領域の面積の比は、０．０２以上かつ０．８以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電膜と、
前記圧電膜を挟む下部電極および上部電極と、
平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域における前記上部電極上に設けられた感応膜と、
前記共振領域における前記感応膜の周囲に設けられた付加膜と、
を備え、
前記共振領域の面積に対する、前記感応膜と前記付加膜とのうち前記感応膜のみが設けられた領域の面積の比は、０．０２以上かつ０．８以下であるセンサ。

【請求項2】

前記感応膜の密度と前記感応膜の厚さとの積は、前記付加膜の密度と前記付加膜の厚さとの積の０．７倍以上かつ１．３倍以下である請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

前記付加膜の音響インピーダンスは、前記感応膜の音響インピーダンスより高い請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項4】

前記付加膜は、無機絶縁体または金属を主成分とし、前記感応膜は有機絶縁体を主成分とする請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項5】

前記領域は、前記共振領域の平面形状の中心を含む請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項6】

前記付加膜は前記領域を囲むように設けられている請求項５に記載のセンサ。

【請求項7】

前記付加膜は、前記共振領域内から前記共振領域外にかけて設けられている請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項8】

前記下部電極は基板上に設けられ、
前記付加膜は、前記下部電極および前記基板と前記圧電膜との間に設けられている請求項７に記載のセンサ。

【請求項9】

前記付加膜は、前記共振領域外に設けられていない請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項10】

前記共振領域内において前記感応膜と前記付加膜とは重なり、
前記共振領域内において前記付加膜が設けられた領域の面積に対する前記感応膜と前記付加膜とが重なる領域の面積の比は、０．０１以下である請求項１または２に記載のセンサ。

【請求項11】

圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、各々複数の電極指を有する一対の櫛型電極と、
前記複数の電極指の配列方向から見て、一方の櫛型電極の複数の電極指と他方の櫛型電極の複数の電極指とが重なる交差領域の平面視における一部の前記複数の電極指上に設けられた感応膜と、
前記交差領域内の平面視における一部に設けられた付加膜と、
を備え、
前記交差領域の面積に対する、前記感応膜と前記付加膜とのうち前記感応膜のみが設けられた領域の面積の比は、０．０２以上かつ０．８以下であるセンサ。

【請求項12】

前記感応膜の密度と前記感応膜の厚さとの積は、前記付加膜の密度と前記付加膜の厚さとの積の０．７倍以上かつ１．３倍以下である請求項１１に記載のセンサ。

【請求項13】

前記付加膜の音響インピーダンスは、前記感応膜の音響インピーダンスより高い請求項１１または１２に記載のセンサ。

【請求項14】

前記領域は、前記交差領域の前記複数の電極指の延伸方向における中心を含み、
前記付加膜は前記延伸方向における前記領域を挟むように設けられている請求項１１または１２に記載のセンサ。

【請求項15】

共振領域を有する基板と、
前記共振領域における前記基板上に設けられた下部電極と、
前記共振領域における前記下部電極上に設けられた下部圧電膜と、
前記共振領域における前記下部圧電膜上に設けられ、前記共振領域の中央領域に設けられた薄膜部と、前記共振領域における前記薄膜部の外側領域に設けられ、前記薄膜部より厚い厚膜部と、を有する挿入膜と、
前記共振領域における前記挿入膜上に設けられた上部圧電膜と、
前記共振領域における前記上部圧電膜上に設けられ、上面に前記薄膜部と前記厚膜部との境界に対応する段差が設けられた上部電極と、
前記段差の内側における前記上部電極上に設けられた感応膜と、
前記段差を覆うように、前記感応膜の周囲の前記上部電極上に設けられた付加膜と、
を備えるセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサに関し、例えば感応膜を有するセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電薄膜共振器を気体または液体等の流体中の特定の物質を検出するセンサに用いる場合に、圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の一部に感応膜を設けることが知られている（例えば、特許文献１から３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－６８９９５号公報

【特許文献2】国際公開第２０２２／２０３０５７号

【特許文献3】特表２０１９－５２７８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

感応膜に用いられる材料は一般的に柔らかいため、共振領域の全域に感応膜を設けると、弾性エネルギーの損失が増加してしまう。共振領域の一部に感応膜を設けると、共振ピークが２つに分かれスプリアスが生じてしまう。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性エネルギーの損失を抑制し、かつスプリアスを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、圧電膜と、前記圧電膜を挟む下部電極および上部電極と、平面視において前記圧電膜を挟み前記下部電極と前記上部電極とが対向する共振領域における前記上部電極上に設けられた感応膜と、前記共振領域における前記感応膜の周囲に設けられた付加膜と、を備え、前記共振領域の面積に対する、前記感応膜と前記付加膜とのうち前記感応膜のみが設けられた領域の面積の比は、０．０２以上かつ０．８以下であるセンサである。

【0007】

上記構成において、前記感応膜の密度と前記感応膜の厚さとの積は、前記付加膜の密度と前記付加膜の厚さとの積の０．７倍以上かつ１．３倍以下である構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記付加膜の音響インピーダンスは、前記感応膜の音響インピーダンスより高い構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記付加膜は、無機絶縁体または金属を主成分とし、前記感応膜は有機絶縁体を主成分とする構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記領域は、前記共振領域の平面形状の中心を含む構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記付加膜は前記領域を囲むように設けられている構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記付加膜は、前記共振領域内から前記共振領域外にかけて設けられている構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記下部電極は基板上に設けられ、前記付加膜は、前記下部電極および前記基板と前記圧電膜との間に設けられている構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記付加膜は、前記共振領域外に設けられていない構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記共振領域内において前記感応膜と前記付加膜とは重なり、前記共振領域内において前記付加膜が設けられた領域の面積に対する前記感応膜と前記付加膜とが重なる領域の面積の比は、０．０１以下である構成とすることができる。

【0016】

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、各々複数の電極指を有する一対の櫛型電極と、前記複数の電極指の配列方向から見て、一方の櫛型電極の複数の電極指と他方の櫛型電極の複数の電極指とが重なる交差領域の平面視における一部の前記複数の電極指上に設けられた感応膜と、前記交差領域内の平面視における一部に設けられた付加膜と、を備え、前記交差領域の面積に対する、前記感応膜と前記付加膜とのうち前記感応膜のみが設けられた領域の面積の比は、０．０２以上かつ０．８以下であるセンサである。

【0017】

上記構成において、前記感応膜の密度と前記感応膜の厚さとの積は、前記付加膜の密度と前記付加膜の厚さとの積の０．７倍以上かつ１．３倍以下である構成とすることができる。

【0018】

上記構成において、前記付加膜の音響インピーダンスは、前記感応膜の音響インピーダンスより高い構成とすることができる。

【0019】

上記構成において、前記領域は、前記交差領域の前記複数の電極指の延伸方向における中心を含み、前記付加膜は前記延伸方向における前記領域を挟むように設けられている構成とすることができる。

【0020】

本発明は、共振領域を有する基板と、前記共振領域における前記基板上に設けられた下部電極と、前記共振領域における前記下部電極上に設けられた下部圧電膜と、前記共振領域における前記下部圧電膜上に設けられ、前記共振領域の中央領域に設けられた薄膜部と、前記共振領域における前記薄膜部の外側領域に設けられ、前記薄膜部より厚い厚膜部と、を有する挿入膜と、前記共振領域における前記挿入膜上に設けられた上部圧電膜と、前記共振領域における前記上部圧電膜上に設けられ、上面に前記薄膜部と前記厚膜部との境界に対応する段差が設けられた上部電極と、前記段差の内側における前記上部電極上に設けられた感応膜と、前記段差を覆うように、前記感応膜の周囲の前記上部電極上に設けられた付加膜と、を備えるセンサである。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、弾性エネルギーの損失を抑制し、かつスプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係るセンサの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれのセンサＡおよびＢの構造を示す断面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれのセンサＣおよびＤの構造を示す断面図である。

【図4】図４は、シミュレーション１における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。

【図5】図５は、シミュレーション２における被覆率に対する感度およびΔＹを示す図である。

【図6】図６は、シミュレーション３を行ったセンサの断面図である。

【図7】図７は、シミュレーション３におけるオーバラップ率に対する感度およびΔＹを示す図である。

【図8】図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例１に係るセンサの製造方法を示す断面図である。

【図9】図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１に係るセンサの製造方法を示す断面図である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１に係るセンサの製造方法を示す断面図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るセンサの断面図である。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るセンサの断面図である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例２および３に係るセンサの断面図である。

【図14】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例４および５に係るセンサの断面図である。

【図15】図１５（ａ）は、実施例２に係るセンサの平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ―Ａ断面図である。

【図16】図１６（ａ）は、実施例３に係るセンサの平面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図17】図１７は、実施例３に係るセンサの断面図である。

【図18】図１８は、実施例４に係る検出システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0024】

実施例１は、センサとして圧電薄膜共振器であるＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器を用いる例である。図１（ａ）は、実施例１に係るセンサ１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。実施例１のセンサ１００は、平面形状が矩形の基板１０上に、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を積層した構成を備える。下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の積層方法をＺ方向、基板１０の長辺の延伸方向をＸ方向、基板１０の短辺の延伸方向をＹ方向とする。

【0025】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、平面形状が矩形の基板１０の平坦な上面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の中心部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状である。下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は、圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる（対向する）領域により画定される。共振領域５０は、厚み縦振動モードのまたは厚みすべり振動モード等の弾性波が共振する領域である。実施例１のセンサ１００は、共振領域５０の平面形状が略楕円である。共振領域５０の平面形状は、楕円以外でもよく、例えば四角形または五角形等の多角でもよい。

【0026】

図１（ａ）では、下部電極１２および上部電極１６を実線で示す。中央の共振領域５０から、上部電極１６は左側に、下部電極１２は右側に、それぞれ延在している。圧電膜１４、金属層２２、挿入膜２８は、不図示である。

【0027】

（下部電極１２）
下部電極１２は、基板１０の上面に設けられる。図１（ａ）では、右（＋Ｘ）側に矩形のパターン、左（－Ｘ）側に楕円形のパターンがあり、両者が連続して一体となっている。右側（＋Ｘ）側の矩形の３辺があるパターンの方が外部接続用の電極である。そして共振領域５０より一回り大きな縦長の楕円のパターンが、圧電膜１４が積層される下部電極１２の本体である。

【0028】

（圧電膜１４）
実施例１のセンサ１００の圧電膜１４は、２層である。圧電膜１４は、下部電極１２上に設けられた下部圧電膜１４ａと下部圧電膜１４ａ上に設けられた上部圧電膜１４ｂとを備えている。共振領域５０内の下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられていてもよい。その場合、挿入膜２８は、圧電膜１４の一部に接して設けられることがある。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの厚さはほぼ同じである。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの厚さは同じでなくてもよいが、ほぼ同じとすることで、挿入膜２８としての機能をより発揮する。例えば、挿入膜２８は、センサ１００の温度変化に起因する周波数変化を抑制できる。その場合、下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの厚さをほぼ同じとすることで、温度変化に起因する周波数変化をさらに抑制できる。

【0029】

（挿入膜２８）
挿入膜２８は、平面視で、中央の薄膜部２８ｂおよび周囲の厚膜部２８ａを備えている。薄膜部２８ｂのみ備えてもよく、例えば、薄膜部２８ｂが、中央から周囲にかけて設けられてもよい。厚膜部２８ａは薄膜部２８ｂより厚い。平面視において、共振領域５０は、共振領域５０の中心５５を含む領域である中央領域５６を有する。薄膜部２８ｂは、中央領域５６に設けられている。平面視において、共振領域５０の、内側の中央領域５６の外周を囲んで、共振領域５０の外周を含む領域を外側領域５８とする。厚膜部２８ａは、外側領域５８に設けられている。厚膜部２８ａは、外側領域５８の少なくとも一部に設けられてよい。厚膜部２８ａと薄膜部２８ｂは連続して設けられているが、連続していなくてもよい。厚膜部２８ａの平面形状は、例えばリング状である。薄膜部２８ｂの厚さは略均一であり、厚膜部２８ａの厚さは略均一である。

【0030】

（感応膜１８と付加膜２０）
平面視において、上部電極１６上の共振領域５０内には、感応膜１８と付加膜２０が設けられる。平面視において、感応膜１８を囲んで、周囲に付加膜２０が設けられる。平面視において、共振領域５０の中心５５を含む領域を、領域５２とする。領域５２の平面形状は、共振領域５０の平面形状の相似形状である。実施例１のセンサ１００では、中央領域５６の平面形状の長手方向と短手方向のそれぞれよりも、領域５２の平面形状の長手方向と短手方向のそれぞれの方が小さいため、中央領域５６の外周は、領域５２の外周を囲んでいる。感応膜１８は、領域５２に設けられている。平面視において、共振領域５０の、内側の領域５２を囲んで、共振領域５０の外周を含む領域を領域５４とする。付加膜２０は、領域５４に設けられている。付加膜２０は、領域５４の少なくとも一部に設けられていてもよい。付加膜２０の平面形状は、例えばリング状である。実施例１のセンサ１００では、感応膜１８の平面形状の外周と、付加膜２０の平面形状の内周とが、接している。感応膜１８と付加膜２０とは重なる領域を有してもよい。また付加膜２０と感応膜１８との間には、全周に渡り隙間があってもよい。

【0031】

例えば、気体または液体等の流体中の特定の原子または分子等の物質が感応膜１８に吸着すると感応膜１８の質量が増加する。感応膜１８の質量が変化すると、圧電薄膜共振器の共振周波数が変化する。このように、圧電薄膜共振器を特定の物質を検出する検出素子として用いることができる。付加膜２０の機能については後述する。

【0032】

上部電極１６と感応膜１８との間、および上部電極１６と付加膜２０との間に挟まれて、絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は、例えば、保護膜または周波数調整膜として機能する。平面視において、共振領域５０外における下部電極１２および上部電極１６上に金属層２２が設けられている。金属層２２は、例えばパッドまたは配線である。下部電極１２にはセンサ１００の作製途中において犠牲層をエッチングするための孔部（不図示）が設けられている。孔部は空隙３０につながっている。

【0033】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板である。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。下部電極１２は、例えば基板１０側からクロム膜およびルテニウム膜の順で積層されており、上部電極１６は、例えば圧電膜１４側からルテニウム膜およびクロム膜の順で積層される。

【0034】

圧電膜１４は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）膜、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）膜またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）膜である。圧電膜１４は、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。

【0035】

挿入膜２８の薄膜部２８ｂは、圧電膜１４の弾性定数の温度係数とは逆符号の弾性定数の温度係数を有する。これにより、共振周波数等の温度係数を０に近づけることができる。薄膜部２８ｂは、例えばフッ素等の不純物を含む酸化シリコン膜である。挿入膜２８の厚膜部２８ａは、圧電膜１４よりヤング率の小さい材料の膜を含み、例えば酸化シリコン膜、アルミニウム膜、チタン膜、クロム膜、ルテニウム膜またはタングステン膜を含む。金属層２２は、例えば金膜、銅膜またはアルミニウム膜等の低抵抗膜である。保護膜または周波数調整膜は例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化アルミニウム膜である。

【0036】

感応膜１８は、例えば有機高分子膜、有機低分子膜、または無機膜である。有機高分子材料としては、例えばポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、６－ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-９，９-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-ｐ-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-１-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー、ホモポリマー２種以上の共重合体であるコポリマー、これらを混合したブレンドポリマーなどを用いることができる。

【0037】

例えば、有機低分子材料としては、トリス（８-キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ナフチルジアミン（α－ＮＰＤ）、ＢＣＰ（2,9 - dimethyl - 4,7 - diphenyl - 1,10 - phenanthroline)、ＣＢＰ（4,4' - N,N' - dicarbazole - biphenyl）、銅フタロシアニン、フラーレン、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ｉｒ（ｐｐｙ（2 - phenylpyridinato））３、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラテトラコンタン、パリレンなどを用いることができる。

【0038】

例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどを用いることができる。

【0039】

また、センサ１００がウィルスまたは細菌等の抗原を検出する場合、感応膜１８は抗体を含んでもよい。例えば、感応膜１８は、上部電極１６上に設けられた接続層と、接続層上に設けられた抗体を有してもよい。接続層としては、例えば、上部電極１６上に設けられたチタン層と、チタン層上に設けられた金層である。抗体と接続層との間に自己組織化単分子膜が設けられていてもよい。

【0040】

付加膜２０は、感応膜１８よりも音響インピーダンスが大きい材料である。例えば、酸化シリコン膜、炭化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、アルミニウム膜、チタン膜、クロム膜、銅膜、モリブデン膜、ルテニウム膜またはタングステン膜等の単層膜またはこれらの積層膜である。

【0041】

１．７ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器を用いたセンサ１００の場合、下部電極１２は、基板１０側から膜厚が７０ｎｍのクロム膜および膜厚が２２０ｎｍのルテニウム膜である。下部圧電膜１４ａは膜厚が５８６ｎｍの窒化アルミニウム膜であり、上部圧電膜１４ｂは膜厚が５８６ｎｍの窒化アルミニウム膜である。挿入膜２８は酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であり、薄膜部２８ｂの膜厚は８０ｎｍ、厚膜部２８ａの膜厚は１４５ｎｍである。上部電極１６は、圧電膜１４側から膜厚が２２０ｎｍのルテニウム膜および膜厚が７０ｎｍのクロム膜である。感応膜１８は、例えば膜厚が１００ｎｍのポリイミド系樹脂である。付加膜２０は、例えば膜厚が２０ｎｍのクロム膜である。上部電極１６と感応膜１８との間に、膜厚が７０ｎｍの酸化シリコン膜が保護膜または周波数調整膜として設けられていてもよい。各層の膜厚は、所望の共振特性を得るため適宜設定することができる。

【0042】

[シミュレーション１]
センサの構造を変え、２次元の有限要素法を用いシミュレーションを行った。図２（ａ）から図３（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれのセンサＡ～Ｄの構造を示す断面図である。センサＡは実施例１に対応し、センサＢ～Ｄは比較例に対応する。

【0043】

図２（ａ）に示すように、センサＡでは、共振領域５０内における、領域５２に感応膜１８が設けられ、領域５４に付加膜２０が設けられている。図２（ｂ）に示すように、センサＢでは、共振領域５０内に感応膜１８および付加膜２０は設けられていない。図３（ａ）に示すように、センサＣでは、共振領域５０の全面に感応膜１８が設けられ、付加膜２０は設けられていない。図３（ｂ）に示すように、センサＤでは、領域５２に感応膜１８が設けられ、領域５４に付加膜２０は設けられていない。

【0044】

領域５２の中心と共振領域５０の中心とは一致し、領域５２の幅Ｗ２は、共振領域５０の幅Ｗ１の４６％とした。各部材の材料および厚さは、１．７ＧＨｚの共振周波数を有する圧電薄膜共振器として例示した材料および厚さとした。

【0045】

図４は、シミュレーション１における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。縦軸｜Ｙ｜は、アドミッタンスの絶対値でありｄＢ表示している。

【0046】

図４に示すように、共振周波数ｆｒにおいて、｜Ｙ｜は極大値となり、反共振周波数ｆａにおいて、｜Ｙ｜は極小値となる。共振周波数ｆｒの｜Ｙ｜と反共振周波数ｆａの｜Ｙ｜との差ΔＹが大きいと、Ｑ値が大きく弾性エネルギーの損失が小さいことに対応する。

【0047】

感応膜１８は、下部電極１２、上部電極１６または圧電膜１４よりも柔らかい材料が用いられる。下部電極１２および上部電極１６は金属であり、圧電膜１４は圧電性材料である。下部電極１２、上部電極１６または圧電膜１４は、共振器としての特性を考慮すると、弾性エネルギーの損失を低減するために、硬い材料が用いられる。一方、感応膜１８は、ガス分子またはにおいの原因物質への吸着性と選択性を考慮し、有機の高分子膜または無機の金属酸化物を用いるため、相対的に柔らかくなる。このため、感応膜１８の損失係数は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６より大きくなる。ここで、損失係数とは、複素弾性率の実部に対する虚部の比である。つまり、損失係数が大きくなるほど、ある弾性エネルギーが付加されたとき、失われる弾性エネルギーが大きくなるということを示す。

【0048】

センサＢでは、損失係数の大きい感応膜１８が設けられていない。このため、弾性エネルギーの損失が小さくなり、図４においてΔＹがセンサＡ～Ｄのなかで最も大きくなる。

【0049】

センサＣでは、損失係数の大きい感応膜１８が共振領域５０の全面に設けられている。このため、弾性エネルギーの損失が大きくなり、ΔＹが小さくなる。

【0050】

センサＤでは、感応膜１８が共振領域５０の一部の領域５２に設けられ、領域５４に設けられていない。このため、弾性エネルギーの損失がセンサＣより小さくなる。しかし、領域５２の共振周波数と領域５４の共振周波数が異なってしまうため、２つの共振特性を有するスプリアスが生じる。各々のΔＹは、センサＣのΔＹより小さくなってしまう。

【0051】

センサＡでは、感応膜１８が領域５２に設けられ、付加膜２０が領域５４に設けられている。これにより、領域５２を１つの構造と仮定したときの共振周波数と、領域５４を１つの構造と仮定したときの共振周波数を略一致させることができる。以降の説明では、単に領域５２と領域５４の共振周波数を略一致させるというとき、上記仮定における共振周波数のことを指している。これにより、共振ピークが２つに分かれて、スプリアスが生じることを抑制できる。損失係数の大きい感応膜１８が領域５４に設けられていないため、センサＣよりΔＹが大きくなる。

【0052】

領域５２と５４の共振周波数を略一致させるためには、領域５２における単位面積当たりの感応膜１８の重さと領域５４における単位面積当たりの付加膜２０の重さとを略一致させる。すなわち、感応膜１８の厚さおよび密度をそれぞれＴ１およびρ１とし、付加膜２０の厚さおよび密度をそれぞれＴ２およびρ２としたとき、ρ１×Ｔ１とρ２×Ｔ２とを略一致させることが好ましい。

【0053】

また、付加膜２０の損失係数を感応膜１８の損失係数より小さくするためには、付加膜２０の音響インピーダンスを感応膜１８の音響インピーダンスより大きくする。

【0054】

縦波の弾性波と横波の弾性波の音響インピーダンスをそれぞれＺａ_ＬおよびＺａ_Ｓとし、密度ρ、縦波の音速Ｖ_Ｌおよび横波の音速Ｖ_Ｓを用いると、それぞれ数１および数２で表される。主モードの弾性波が縦振動モードの場合には、縦波の音響インピーダンスＺａ_Ｌを用いる。

【数1】

【数2】

【0055】

縦波の音速Ｖ_Ｌおよび横波の音速Ｖ_Ｓは、ラメ定数λおよびμを用いて、それぞれ数３および数４で表される。

【数3】

【数4】

【0056】

ラメ定数λおよびμは、ヤング率Ｅおよびポアソン比σを用い、それぞれ数５および数６で表される。

【数5】

【数6】

【0057】

表１は、感応膜１８に用いられる材料の密度ρ、ヤング率Ｅ、ポアソン比σ、音響インピーダンスＺａ_ＬおよびＺａ_Ｓを示す表である。感応膜１８の材料の例として、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、６－ナイロン、ポリイミドおよび銅フタロシアニンを示している。

【表1】

【0058】

表２は、付加膜２０に用いられる材料の密度ρ、ヤング率Ｅ、ポアソン比σ、音響インピーダンスＺａ_ＬおよびＺａ_Ｓを示す表である。付加膜２０の材料に例として、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびタングステン（Ｗ）を示している。

【表2】

【0059】

表１および表２のように、感応膜１８として有機絶縁体を用い、付加膜２０として無機絶縁体または金属を用いると、付加膜２０の密度ρは感応膜１８の密度ρより大きくなる。よって、付加膜２０は感応膜１８より薄くなる。また、付加膜２０の音響インピーダンスＺａ_Ｌは感応膜１８の音響インピーダンスＺａ_Ｌより大きくなる。このため、感応膜１８の損失係数ηは０．１程度であるのに対し、付加膜２０の損失係数ηは０．００１～０．０００４程度とすることができる。

【0060】

シミュレーション１のように、感応膜１８として、ポリイミドを用いると、感応膜１８の密度ρ１は１．５３ｇ／ｃｍ^３である。付加膜２０としてクロムを用いると付加膜２０の密度ρ２は７．０９ｇ／ｃｍ^３である。感応膜１８の厚さＴ１を１００ｎｍ、付加膜２０の厚さＴ２を２０ｎｍとすると、ρ１×Ｔ１＝１５３（ｇ／ｃｍ^３）・ｎｍ、ρ２×Ｔ１＝１４１．８（ｇ／ｃｍ^３）・ｎｍである。このように、ρ１×Ｔ１はρ２×Ｔ２の１．０８倍となり、ρ１×Ｔ１とρ２×Ｔ２とはほとんど同じとなる。よって、領域５２の共振周波数と領域５４の共振周波数とは略一致する。また、感応膜１８の音響インピーダンスＺａＬは２．５７×１０^６Ｐａ／（ｍ／ｓ）であり、付加膜２０の音響インピーダンスＺａＬは４７．１９×１０^６Ｐａ／（ｍ／ｓ）である。このように、付加膜２０の音響インピーダンスは感応膜１８の音響インピーダンスの約１５倍となる。このため、付加膜２０の損失係数が小さくなり、ΔＹが向上する。

【0061】

[シミュレーション２]
センサＡについて、感応膜１８を設ける領域５２の幅Ｗ２を変えて、感度とΔＹをシミュレーションした。被覆率を面積の比として表すため、被覆率をＷ２^２／Ｗ１^２とした。感度は、感応膜１８の体積を変えずに、感応膜１８の密度を６．６１ｋｇ／ｍ^３増加させたときの共振周波数の変化量である。

【0062】

図５は、シミュレーション２における被覆率に対する感度およびΔＹを示す図である。ΔＹは、被覆率が大きくなると小さくなる。これは、被覆率が大きくなると、損失係数の大きい感応膜１８の面積が大きくなるためである。一方、感度は、被覆率が０．０１において顕著に小さい。これは、感応膜１８が設けられた領域５２の振動より、付加膜２０が設けられた領域５４の振動が主体となるためと考えられる。このとき、感応膜１８に伝わるべき弾性エネルギーのほとんどが、付加膜２０に伝わり、感応膜１８に質量を負荷しても、センサとしての振動への影響が少なくなる。すなわち、質量負荷に起因する、共振周波数の変化が小さくなる。よって、感度が小さくなる。

【0063】

逆に、被覆率が０．０４となると、感度が高くなる。被覆率が０．０４から大きくなると、徐々に、感度は低下していき、０．６付近で安定する。これは、被覆率が大きくなると、共振領域５０全体に占める弾性波エネルギーのうち、感応膜１８の最表面に到達する弾性波エネルギーが占める割合が小さくなるためと考えられる。これは、以下の理由による。感応膜１８の被覆率が変化すると、センサ１００の振動の分布（弾性エネルギーの分布）が変化する。被覆率が小さいと、共振領域５０の中央の領域のみが振動する。逆に、被覆率が大きくなると、共振領域５０の中央の領域だけでなく、センサ１００の共振領域５０の積層膜全体が振動する。よって、被覆率が大きくなると、共振領域５０の積層膜全体の弾性エネルギー量は増加する。このとき、共振領域５０全体の弾性エネルギーは、共振領域５０の積層膜の体積積分であるため、断面でみたときの被覆長さの３乗に比例して増加し、感応膜１８の最表面のエネルギーは面積積分であるため、断面で見たときの被覆長さの２乗に比例して増加する。したがって、被覆率の増加に対する、共振領域５０の積層膜全体と、感応膜１８の最表面それぞれのエネルギー増加速度の差から、被覆率が大きくなると、共振領域５０全体に占める弾性波エネルギーのうち、感応膜１８の最表面に到達するエネルギーの割合は小さくなる。

【0064】

［シミュレーション３］
図６は、シミュレーション３を行ったセンサの断面図である。

【0065】

領域５４に設けられた付加膜２０に重なるように感応膜１８が設けられている。感応膜１８と付加膜２０とが重なる領域５３の幅はＷ３である。領域５４の幅はＷ４である。幅Ｗ３を変えて、感度とΔＹをシミュレーションした。オーバラップ率を面積の比で表すため、オーバラップ率をＷ３^２／Ｗ４^２とした。

【0066】

図７は、シミュレーション３におけるオーバラップ率に対する感度およびΔＹを示す図である。感度が９６ｋＨｚおよびΔＹが７３ｄＢの破線は、図３（ａ）のセンサＣの感度およびΔＹを示している。

【0067】

ΔＹは、オーバラップ率が０から大きくなると、大きくなり、オーバラップ率が０．０００９において極大となる。オーバラップ率が０．０００９から大きくなると、ΔＹは徐々に小さくなる。ΔＹが極大を有する理由は不明である。感度は、オーバラップ率が大きくなると徐々に小さくなる。オーバラップ率が０．０１以下の範囲では、感度およびΔＹはいずれもセンサＣよりは大きくなる。このように、感度の観点からオーバラップ率は小さい方がよい。感応膜１８自体が全体に渡り均一な膜が好ましい。

【0068】

以上のように、実施例１では、感応膜１８は、領域５２の上部電極１６上に設けられている。付加膜２０は、領域５４に設けられている。共振領域５０の面積に対する感応膜１８および付加膜２０のうち感応膜１８のみが設けられた領域５２の面積の比（すなわち被覆率）は、共振領域５０の面積の０．０２以上かつ０．８以下である。これにより、図５のように、感度を向上させることができる。被覆率は、０．０５以上が好ましく、０．１以上がより好ましい。被覆率は、０．６以下が好ましく、０．５以下がより好ましい。

【0069】

領域５２と５４との共振周波数を略一致させる観点から、感応膜１８の密度ρ１と感応膜１８の厚さＴ１との積ρ１×Ｔ１は、付加膜２０の密度ρ２と付加膜２０の厚さＴ２との積ρ２×Ｔ２の０．７倍以上かつ１．３倍以下が好ましい。ρ１×Ｔ１は、ρ２×Ｔ２の０．８倍以上がより好ましく、０．９倍以上がさらに好ましい。ρ１×Ｔ１は、ρ２×Ｔ２の１．２倍以下がより好ましく、１．１倍以下がさらに好ましい。

【0070】

付加膜２０の損失係数を感応膜１８の損失係数より大きくする観点から、付加膜２０の音響インピーダンスは、感応膜１８の音響インピーダンスより高い。付加膜２０の音響インピーダンスは、感応膜１８の音響インピーダンスの２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がさらに好ましい。

【0071】

共振領域５０の中心５５付近に感応膜１８を設けることで、感度を向上させることができる。この観点から、領域５２は、共振領域５０の平面形状の中心、例えば平面形状の重心、を含む。これにより、感度を向上できる。さらに、付加膜２０は領域５２を囲むように設けられている。これにより感度を向上できる。

【0072】

図７のように、共振領域５０内において感応膜１８と付加膜２０との重なる領域５３の面積が大きいと感度が低下する。この観点から、共振領域５０内において付加膜２０が設けられた領域５４の面積に対する領域５３の面積の比（すなわちオーバラップ率）は、０．０１以下が好ましい。オーバラップ率は、０．００８以下が好ましく、０．００６以下がより好ましい。ΔＹを向上させる観点から、オーバラップ率は、０．０００５以上が好ましい。

【0073】

［実施例１の製造方法］
図８（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１に係るセンサ１００の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように，平坦な上面を有する基板１０上に空隙を形成するための犠牲層３８を形成する。犠牲層３８は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜またはリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glass）膜である。犠牲層３８の厚さは、例えば１０～１００ｎｍである。犠牲層３８は、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜される。その後、犠牲層３８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層３８の形状は、空隙３０の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域５０となる領域を含む。

【0074】

図８（ｂ）に示すように、犠牲層３８および基板１０上に下部電極１２となる金属層を形成する。この金属層は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。その後、金属層を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングし、下部電極１２を形成する。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0075】

図８（ｃ）に示すように、下部電極１２および基板１０上に下部圧電膜１４ａの材料を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。

【0076】

図８（ｄ）に示すように、下部圧電膜１４ａ上に挿入膜２８の材料を形成する。フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い挿入膜２８の材料を所望の形状にパターニングする。挿入膜２８は、リフトオフ法により形成してもよい。挿入膜２８には厚膜部２８ａと薄膜部２８ｂが設けられる。パターニングされた挿入膜２８の材料の、薄膜部２８ｂに相当する部分をライトエッチングし、膜厚を薄くすることで挿入膜２８を形成することができる。

【0077】

図９（ａ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８上に上部圧電膜１４ｂの材料を形成する。上部圧電膜１４ｂの材料は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。こうして、挿入膜２８を挟み、下部圧電膜１４ａおよび上部圧電膜１４ｂで構成される圧電膜１４が形成される。

【0078】

図９（ｂ）に示すように、上部圧電膜１４ｂ上に、上部電極１６の材料を形成する。上部電極１６の材料は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。上部電極１６の材料を例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングし、上部電極１６を形成する。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0079】

図９（ｃ）に示すように、上部電極１６上に、付加膜２０の材料を形成する。付加膜２０の材料は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜される。付加膜２０の材料を例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングし、付加膜２０を形成する。付加膜２０は、リフトオフ法により形成してもよい。

【0080】

図１０（ａ）に示すように、圧電膜１４の材料を例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングし、圧電膜１４を形成する。図１０（ｂ）に示すように、共振領域５０の外側における下部電極１２および上部電極１６上に金属層２２を形成する。図１０（ｃ）に示すように、犠牲層３８を除去することで、基板１０と下部電極１２との間にドーム状の空隙３０を形成する。

【0081】

図１（ｂ）に示すように、上部電極１６の上面の領域５２に感応膜１８を形成する。感応膜１８は、例えば感応膜１８の材料が溶解された溶剤を塗布し、その後溶剤を乾燥させることにより形成する。このように、スプレー法またはインクジェット法により、塗布して感応膜１８を形成することができる。感応膜１８をスピンコート法によって形成してもよい。また、感応膜１８は、スパッタリング法または真空蒸着法とリフトオフ法を用い所望のパターンに形成してもよい。これにより、実施例１に係るセンサ１００が製造される。

【0082】

［実施例１の変形例１］
図１１（ａ）から図１２（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るセンサの断面図である。

【0083】

図１１（ａ）に示すように、センサ１０２では、付加膜２０は圧電膜１４と上部電極１６との間に挟まれて設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0084】

図１１（ｂ）に示すように、センサ１０３では、付加膜２０は挿入膜２８と上部圧電膜１４ｂとの間に挟まれて設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0085】

図１２（ａ）に示すように、センサ１０４では、付加膜２０は下部圧電膜１４ａと挿入膜２８との間に挟まれて設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0086】

図１２（ｂ）に示すように、センサ１０５では、付加膜２０は下部電極１２と圧電膜１４との間に挟まれて設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0087】

付加膜２０は、領域５２と領域５４との共振周波数を近づけるために設けられる。この観点から、図１１（ａ）から図１２（ｂ）のセンサ１０２から１０５のように、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６の積層方向において、付加膜２０は、空隙３０から上部電極１６上までの任意の箇所に設けられていればよい。さらに、上部電極１６上に、付加膜２０を設けることが、好ましい。感応膜１８は、測定対象の物質を吸着して、共振周波数の変化を検出するが、上部電極１６への水分の吸着は、外乱となる。上部電極１６上に、上部電極１６の材料よりも、水分の吸着量の少ない材料の付加膜２０を設ければ、水分による外乱を低減することができる。

【0088】

［実施例１の変形例２］
図１３（ａ）は、実施例１の変形例２に係るセンサ１０６の断面図である。図１３（ｂ）に示すように、付加膜２０は、下部電極１２の上面から基板１０の上面に渡り、感応膜１８が設けられた領域５２に対応する領域を除いて、全域に設けられ、共振領域５０の内側から外側まで設けられている。その他の構成は図１２（ｂ）のセンサ１０５と同じであり説明を省略する。

【0089】

付加膜２０が共振領域５０内から外にかけて設けられると、共振領域５０の内と外との間の段差に起因し、付加膜２０にクラックが生じることがある。図１（ｂ）、図１１（ａ）から図１２（ｂ）のセンサ１００～１０５のように、付加膜２０は共振領域５０内に設けられ共振領域５０の外に設けられていなくてもよい。これにより、付加膜２０の下の段差に起因して付加膜２０にクラックが生じることを抑制できる。

【0090】

図１２（ｂ）のセンサ１０５では、下部電極１２の端部付近の領域５７に対応する圧電膜１４に応力が集中し、クラックが生じる場合がある。図１３（ａ）のセンサ１０６のように、付加膜２０は、共振領域５０内から共振領域５０外にかけて設けられていてもよい。これにより、付加膜２０が下部電極１２の端部を覆うことで、領域５７における下部電極１２の段差を緩和し、クラックを抑制できる。

【0091】

［実施例１の変形例３］
図１３（ｂ）は、実施例１の変形例３に係るセンサ１１３の断面図である。実施例１の変形例３のセンサ１１３のように、挿入膜２８の薄膜部２８ｂと厚膜部２８ａとの段差に相当する段差５９が上部電極１６の上面に形成されることがある。センサ１１３の平面図は図１（ａ）と同じである。上部電極１６の上面の段差５９は、図１（ａ）における中央領域５６と外側領域５８との間の破線となる。付加膜２０は、段差５９を覆うように設けられている。

【0092】

別の表現で説明すると、図１（ａ）のように、平面視において、共振領域５０の中心５５を含む領域５２とし、その外側でリング状に設けられた領域が付加膜２０の形成領域５４とする。この領域５２の平面形状は、共振領域５０の平面形状の相似形状である。感応膜１８は、この領域５２に設けられている。平面視で見ると、共振領域５０の内側である。好ましくは、段差５９（図１（ａ）における中央領域５６と外側領域５８との間の破線）より、内側に間隔をおいて形成される。

【0093】

共振領域５０は、圧電膜１４が振動する振動エリアである。よって積層膜の形成状況によっては、経時的に積層膜のうち一部の膜が剥がれ、クラックなどが発生する。段差５９が形成された場合の第１の問題点として、上部電極１６と付加膜２０の材質の違いによる密着性の劣化の問題がある。また第２の問題点として、感応膜１８自身の感応特性の劣化の問題がある。

【0094】

第１の問題点について説明する。上部電極１６の最表面は、金属材料であり、ここでは一例としてクロムである。付加膜２０は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜などの無機系絶縁体、または、クロム、モリブデンもしくはタングステンなどの金属系材料が考えられる。特に、上部電極１６が金属系材料であり、密着性を考えると、付加膜２０を金属系材料とすることが好ましい。さらには、金属系材料の付加膜２０は、上部電極１６との密着性および被覆性に優れ、上部電極１６の段差５９を被覆するのに優れる。

【0095】

第２の問題点について説明する。感応膜１８は、全域がほぼ一定の膜厚の状態が好ましい。これは、感応膜１８を段差５９上まで設けた場合、段差５９の部分における底部の角部（中央領域５６の段差５９側の上部電極１６の上面）に、樹脂溜まりまたは気泡が発生し、段差５９付近の感応膜１８が厚くなる。感応膜１８が厚い部分は、気体中の物質の吸着および脱離が生じにくく、検出精度が落ちることがある。このため、感応膜１８は段差５９を避けるように設けることが好ましい。

【0096】

以上のように、挿入膜２８が、共振領域５０の中央領域５６に設けられた薄膜部２８ｂと、共振領域５０における薄膜部２８ｂの外側領域５８に設けられ、薄膜部２８ｂより厚い厚膜部２８ａと、を有する場合には、上部電極１６の上面に、薄膜部２８ｂと厚膜部２８ａとの境界に対応する段差５９が設けられることがある。この場合、感応膜１８は、段差５９の内側における上部電極１６上に設け、付加膜２０は、感応膜１８の周囲であり、段差５９を覆うように上部電極１６上に設ける。これにより、付加膜２０の上部電極１６からの剥がれ、および感応膜１８が厚くなり検出精度が低下することを抑制できる。

【0097】

［実施例１の変形例４］
実施例１の変形例４は、空隙３０が基板１０側に形成された例である。図１４（ａ）は、実施例１の変形例４に係るセンサの断面図である。図１４（ａ）に示すように、センサ１０７では、基板１０の上面に、下側に凹んだ窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。

【0098】

［実施例１の変形例５］
図１４（ｂ）は、実施例１の変形例５に係るセンサの断面図である。図１４（ｂ）に示すように、センサ１０８では、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ａと音響インピーダンスの高い膜３１ｂとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0099】

実施例１およびその変形例１から４のセンサ１００～１０７および１１３のように、センサに用いる圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が下部電極１２下に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例１の変形例５のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。センサ１０２～１０７および１１３において、空隙３０の代わりに音響反射膜３１を設けてもよい。

【実施例0100】

実施例２はセンサとして水晶振動子を用いる例である。図１５（ａ）は、実施例２に係るセンサの平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ―Ａ断面図である。

【0101】

センサ１０９では圧電膜１４を挟んで、下部電極１２と上部電極１６が設けられている。圧電膜１４は、例えば単結晶水晶である。共振領域５０の領域５２の上部電極１６上に感応膜１８が設けられ、領域５４の上部電極１６上に付加膜２０が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例２のセンサ１０９のように、水晶振動子に感応膜１８および付加膜２０を設けてもよい。