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薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)是一种微型化、频率高、成本低、可集成的压电器件,在新一代无线通信系统已经取得商业化的应用。此外,FBAR因谐振频率高而具有高灵敏性,为微质量传感器、压力传感器、生化传感器等传感器的发展带来了新的生机。生化传感器一般应用在液体环境中,传统的纵波模式FBAR在液体环境中Q值衰减较大,而剪切波模式FBAR在液体环境中能够保持较高的Q值。本文以横向电场激励的剪切波模式FBAR作为研究对象,研究内容如下:1.在分析传统纵波模式FBAR的基础上,推导了由平行电极激励的横向电场FBAR的工作原理,并建立了相应的理论模型。利用有限元分析法对器件结构进行了优化仿真,设计多组仿真实验,系统地研究了电极间距、电极长度和电极宽度对器件性能的影响。发现电极间距的大小对电极间横向电场的分布影响较大,进而影响器件的Q值;电极宽度主要影响有效区域面积内质点位移分布;电极长度对器件的Q值和电场分布的影响较小。2.基于仿真优化结果,利用微纳加工工艺制备了固体装配型剪切波模式FBAR。并分别测试了器件在空气、水和磷酸盐缓冲液三种典型环境下器件的阻抗特性和导纳特性。发现器件的谐振在磷酸盐缓冲液中的衰减较大,三种不同测试环境下的Q值分别为537, 453,183。基于FBAR的MBVD (Modified Butterworth-VanDyke)等效电路模型,提取电路参数,拟合了三种不同测试环境中所对应的等效电路。通过器件的电学分析,得出溶液的电导性增大器件的损耗。3.基于FBAR谐振频率对所载装溶液粘度变化反应的特性,面向FBAR的生化传感器应用要求,将制备的剪切波模式FBAR应用于凝血实时检测,验证了横向电场激励的FBAR在生化传感领域的可行性。外源性凝血发生时,在凝血酶形成过程中血液粘度无明显变化,频率响应曲线保持不变。在纤维蛋白原转化为纤维蛋白过程中血液粘度上升,频率响应曲线开始下降。直到纤维蛋白形成结束后血液的粘度保持不变,频率响应曲线也相应保持不变。经过多组测试并与医用凝血时间检测仪的结果对比,确定了响应频率下降到95%的特征点为凝血结束点。进一步研究了 Ca2+浓度对凝血时间的影响,发现Ca2+浓度越高,凝血强度越强,凝血时间越少。