物质检测元件

技术领域

本发明涉及一种物质检测元件。

背景技术

在专利文献1中公开了基于在物质吸附或者脱离时所产生的振子的共振频率的变化量来识别物质的化学传感器设备。该化学传感器设备具备显示不同物质的脱离吸附特性的多个振子，各个振子具有压电基板。多个振子在被施加交流电压时会因压电基板变形而被励振。通过对共振频率发生了变化的振子进行确认，从而能够识别物质。

专利文献1：日本特开2009－204584号公报

发明内容

在上述专利文献1所公开的化学传感器设备中，仅是多个振子简单地二维排列在平板上，并没有以使各振子易于吸附空气中所含有的物质的方式高效地进行配置。在这样的结构中，也存在平板自身遮挡气流的流动而导致各振子的吸附物质的吸附效率下降的可能性。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够更有效地检测物质的物质检测元件。

为了达到上述目的，本发明的第1观点的物质检测元件包括：

支承基板，其设有贯通孔；

板状的梁，其设有压电元件，该梁以堵塞所述贯通孔的局部的方式从所述贯通孔的边缘朝向相对的边缘延伸；

驱动电极，其用于对所述压电元件施加电压而使所述梁进行振动；

检测电极，其用于对与所述梁的振动频率相关的信息进行检测；以及

物质吸附膜，通过使物质附着于该物质吸附膜而使所述梁的振动频率发生变化，

所述物质吸附膜和所述检测电极设在所述梁的正面和背面的相同的位置。

在该情况下，也可以是，所述梁在至少两个部位处固定于所述贯通孔的边缘，

在所述梁设有多个在所述梁的正面和背面的相同的位置设置的所述物质吸附膜和所述检测电极的组，

所述物质吸附膜吸附的物质在各所述组中均不同。

也可以是，所述梁在其长度方向的两端处固定于所述贯通孔的边缘，

在从所述梁的中央观察时，在所述梁的两侧设有在所述梁的正面和背面的相同的位置设置的所述物质吸附膜和所述检测电极的组。

也可以是，所述驱动电极设在所述梁的两端。

也可以是，所述驱动电极设在所述梁的中央。

也可以是，所述梁由在长度方向的两端处固定于所述贯通孔的边缘的第1梁和在长度方向的两端处固定于所述贯通孔的边缘并且与所述第1梁交叉的第2梁形成。

也可以是，在从所述第1梁与所述第2梁交叉的部分观察时，在所述第2梁的两侧设有在所述梁的正面和背面的相同的位置设置的所述物质吸附膜和所述检测电极的组。

也可以是，在从所述第1梁与所述第2梁交叉的部分观察时，在所述第1梁的两侧设有在所述梁的正面和背面的相同的位置设置的所述物质吸附膜和所述检测电极的组。

也可以是，所述驱动电极设在所述第1梁的两端。

也可以是，所述驱动电极设在所述第1梁与所述第2梁交叉的部分。

也可以是，所述第1梁的宽度设定为比所述第2梁的宽度宽。

也可以是，所述第1梁与所述第2梁正交。

也可以是，所述驱动电极使所述梁进行振动而使附着于所述物质吸附膜的物质脱离。

也可以是，所述驱动电极使所述梁在所述物质吸附膜的膜厚方向上进行振动。

本发明的第2观点的物质检测元件包括：

支承基板；

板状的梁，其设有压电元件，该梁的至少一端支承于所述支承基板；

驱动电极，其用于对所述压电元件施加电压而使所述梁进行振动；以及

物质吸附膜，其设于所述梁，通过使物质附着于该物质吸附膜而使所述梁的振动频率发生变化，

所述驱动电极使所述梁进行振动而使附着于所述物质吸附膜的物质脱离。

也可以是，所述驱动电极使所述梁在所述物质吸附膜的膜厚方向上进行振动。

根据本发明，将因物质附着而使梁的振动频率发生变化的物质吸附膜和对与梁的振动频率相关的信息进行检测的检测电极设在梁的正面和背面的相同的位置。由此，能够在因物质附着于物质吸附膜而实现的梁的振动频率的变化较大的位置处灵敏度较佳地对与梁的振动频率相关的信息进行检测，因此能够更有效地检测物质。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的物质检测元件的立体图。

图2是从相反侧观察图1的物质检测元件而观察到的立体图。

图3是将贯通孔周边局部破坏而进行表示的放大立体图之1。

图4是将贯通孔周边局部破坏而进行表示的放大立体图之2。

图5A是图4的A－A线剖视图。

图5B是图4的B－B线剖视图。

图6是表示梁变形的情形之1的图。

图7是表示梁变形的情形之2的图。

图8是表示物质检测元件的布线的俯视图。

图9是表示使用物质检测元件进行的化学物质的检测动作的图。

图10A是表示物质检测元件的变形例之1的立体图(正面)。

图10B是表示物质检测元件的变形例之1的立体图(背面)。

图11A是表示物质检测元件的变形例之2的立体图(正面)。

图11B是表示物质检测元件的变形例之2的立体图(背面)。

图12A是表示物质检测元件的变形例之3的立体图(正面)。

图12B是表示物质检测元件的变形例之3的立体图(背面)。

图13A是表示物质检测元件的变形例之4的立体图(正面)。

图13B是表示物质检测元件的变形例之4的立体图(背面)。

图14A是表示物质检测元件的变形例之5的立体图(正面)。

图14B是表示物质检测元件的变形例之5的立体图(背面)。

图15是表示物质检测元件的变形例之6的俯视图。

图16是表示物质检测元件的变形例之7的俯视图。

图17是表示物质检测元件的变形例之8的俯视图。

图18是表示使用其他的物质检测元件进行的化学物质的检测动作的图。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明的实施方式。使用实现微细加工的半导体制造技术即MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)来制造本实施方式的物质检测元件。

如图1所示，本实施方式的物质检测元件1具备大致矩形平板状的支承基板2。例如利用SOI(Silicon on Insulator)基板来制造支承基板2。SOI基板是具有由埋入氧化膜(日文：埋込酸化膜)即BOX层和BOX层上的半导体层即硅(SOI)层形成的层叠构造的半导体基板，是内包有氧化膜的晶圆。

如图2所示，支承基板2是通过在由树脂形成的基部10层叠由基体晶圆和BOX层形成的Si支承层11而构成的，该BOX层由埋入氧化膜形成。在Si支承层11层叠有作为元件晶圆活性层的Si活性层12(参照图5A和图5B)。

在支承基板2的基部10的局部设有圆形的开口13，在开口13的部分处Si支承层11暴露。在Si支承层11和Si活性层12的在该开口13的部分处的部分设有7个贯通孔3。贯通孔3为圆形并且各自的直径彼此相同。

如图3和图4所示，在各贯通孔3分别设有板状的梁4。在本实施方式中，梁4包括细长板状的第1梁4A和细长板状的第2梁4B。梁4(第1梁4A和第2梁4B)分别具有由Si活性层12形成的从贯通孔3的边缘朝向相对的边缘延伸的部分。

第1梁4A和第2梁4B在它们的长度方向的两端固定于贯通孔3的边缘。第1梁4A和第2梁4B交叉(正交)并在中央处连结在一起。在本实施方式中，第1梁4A的宽度比第2梁4B的宽度宽。该宽度表示第1梁4A的宽度方向上的长度、第2梁4B的宽度方向上的长度。梁4并没有堵塞贯通孔3的整体，而是堵塞贯通孔3的局部。因而，梁4能防止气体滞留在贯通孔3内，使该气体易于通过贯通孔3。

如图3所示，梁4(第2梁4B)对用于吸附成为检测对象的物质的物质吸附膜5A、5B进行支承。物质吸附膜5A、5B分别配置在第2梁4B的不同的部位。物质吸附膜5A、5B具有细长的半球面形状或者外周隆起而中央凹陷的碗形状，能够使暴露于气体的表面积较大。由此，物质吸附膜5A、5B易于吸附气体中(例如空气中)所含有的成为检测对象的物质。物质吸附膜5A、5B可拆卸地安装于梁4，能够与其他的物质吸附膜进行更换。

物质吸附膜5A、5B所吸附的物质不同。成为检测对象的物质例如是构成气味的化学物质组(气味因素)中的、例如构成空气中所含有的检测对象的化学物质的气体状的物质(以下称作“构成物质”)。作为检测对象的化学物质，例如有氨、硫醇、醛、硫化氢、胺等具有特有的臭味的气味因素物质。对于物质吸附膜5A、5B而言，在吸附了构成气味因素物质的构成物质之后经过一定时间，所吸附的构成物质会分离，因此能够重复使用。

梁4构成为因构成物质吸附于物质吸附膜5A、5B而振动频率(例如共振频率)发生变化。由于物质吸附膜5A、5B配置于成为含有构成物质的气体的通过口的贯通孔3，因此物质吸附膜5A、5B易于吸附气体中所含有的构成物质。另外，为了使梁4的振动不受物质检测元件1所安装的装置的振动的影响，期望的是将梁4的振动频率设定为更高从而使其与该装置的振动频率不同。

如图4所示，在第1梁4A的两端形成有驱动电极16。此外，在第2梁4B形成有检测电极17A、17B。在支承基板2上形成有作为导线的驱动信号线21、检测信号线22A、22B。驱动信号线21连接于驱动电极16。检测信号线22A连接于检测电极17A，检测信号线22B连接于检测电极17B。驱动梁4的电压信号经由驱动信号线21施加于驱动电极16。此外，来自检测电极17A的电压信号经由检测信号线22A输出，来自检测电极17B的电压信号经由检测信号线22B输出。

物质吸附膜5A和检测电极17A设在梁4(第2梁4B)的正面和背面的相同的位置。物质吸附膜5B和检测电极17B设在梁4(第2梁4B)的正面和背面的相同的位置。

即，在本实施方式中，梁4在至少两个部位处固定于贯通孔3的边缘，在梁4设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组。

更具体而言，第2梁4B在其长度方向的两端固定于贯通孔3的边缘。在从第2梁4B的中央观察时，在x轴方向的两侧设有在第2梁4B的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在第2梁4B的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组。并且，在从第1梁4A与第2梁4B交叉的部分观察时，在第2梁4B的两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组。

如图4的A－A线剖视图即图5A所示，第1梁4A主要由支承基板2的Si活性层12形成。在Si活性层12上形成有下部电极层14，在下部电极层14上形成有压电元件15。驱动电极16以与压电元件15接触的方式形成于第2梁4B的在贯通孔3的边缘的部分。由下部电极层14、压电元件15及驱动电极16形成压电层。

另一方面，如图4的B－B线剖视图即图5B所示，第2梁4B主要由支承基板2的Si活性层12形成。在Si活性层12上形成有下部电极层14，在下部电极层14上形成有压电元件15。检测电极17A、17B以与压电元件15接触的方式形成于第2梁4B的在贯通孔3的边缘的部分。由下部电极层14、压电元件15及检测电极17A、17B形成压电层。

下部电极层14由导电性材料(例如铝、铜等金属)形成。驱动电极16和检测电极17A、17B也是同样的。压电元件15例如由PZT(锆钛酸铅)等材料(显示压电特性的材料)形成。压电元件15具有在沿厚度方向被施加预定极性的电压时会在长度方向(与厚度方向正交的方向)上伸缩的性质。另外，在图5A和图5B中省略了BOX层的图示。

在施加驱动电极16为正、下部电极层14为负的极性(以下称作正极性)的电压时，压电层会在长度方向上伸长，因此如图6所示，第1梁4A以上方凸出的方式(向+z方向)弯曲，与此相应地，第2梁4B也以上方凸出的方式(向+z方向)弯曲。其结果，产生检测电极17A、17B为正、下部电极层14为负的极性(以下称作正极性)的电压。

与之相对地，在施加驱动电极16为负、下部电极层14为正的极性(以下称作负极性)的电压时，第1梁4A的压电层会在长度方向上收缩，因此如图7所示，第1梁4A以下方凸出的方式(向－z方向)弯曲，与此相应地，第2梁4B也以下方凸出的方式(向－z方向)弯曲。其结果，产生检测电极17A、17B为负、下部电极层14为正的极性(以下称作负极性)的电压。

不言而喻的是，也可以使用具有如下性质的这样的压电元件：在以驱动电极16侧为正、下部电极层14侧为负的方式对两电极间施加电压时，该压电元件在长度方向上收缩，另一方面，在以驱动电极16侧为负、下部电极层14侧为正的方式对两电极间施加电压时，该压电元件在长度方向上伸长。在该情况下，在施加正极性的电压时梁4以下方凸出的方式弯曲，在检测电极17A、17B处产生正极性的电压。另一方面，在施加负极性的电压时梁4以上方凸出的方式弯曲，在检测电极17A、17B处产生负极性的电压。这样，只要能够使第1梁4A在压电层的伸缩的作用下挠曲地振动并且在第2梁4B中因挠曲而使压电层伸缩从而产生电压即可。

总之，能够通过对驱动电极16和下部电极层14(参照图5A)之间施加预定极性的电压从而产生图6或图7所示的变形。变形的程度成为与施加的电压值相对应的量。在产生图6或图7所示的变形时，能够在检测电极17A、17B和下部电极层14之间产生预定极性的电压。电压的大小成为与第2梁4B相对应的量。另外，由于极化作用会根据构成压电元件的材料(例如块体、薄膜)而不同，因此电压的极性与伸缩的关系有时会与上述的情况相反。

例如在对驱动电极16和下部电极层14之间施加呈正弦波状变化的电压时，第1梁4A呈正弦波状进行振动。第2梁4B也与第1梁4A的振动相应地进行振动。即，驱动电极16对压电元件15施加电压而使梁4振动。若第2梁4B振动，则会在检测电极17A、17B和下部电极层14之间产生呈正弦波状变化的电位差。检测电极17A、17B对与梁4的振动频率相关的信息进行检测。

并且，在使对驱动电极16和下部电极层14之间施加的正弦波状的电压的频率进行升降时，第1梁4A、第2梁4B的振动的频率也进行升降，在检测电极17A、17B和下部电极层14之间产生的电压信号的频率也进行升降。随着第1梁4A、第2梁4B的振动的频率接近梁4的共振频率，梁4的振幅变大，在第1梁4A、第2梁4B的振动的频率成为梁4的共振频率时，梁4的振幅成为最大。

如上所述，梁4构成为因构成物质吸附于物质吸附膜5A、5B而振动频率(例如共振频率)发生变化。此外，梁4的振动频率与构成物质吸附于物质吸附膜5A、5B的吸附程度相应地进行变化。由此，使梁4的振幅成为最大的频率也发生变化。反过来讲，能够通过求出使检测电极17A、17B和下部电极层14的电压信号的振幅成为最大的振动频率的变化，从而对自构成物质未吸附于物质吸附膜5A、5B的状态变化为构成物质吸附于物质吸附膜5A、5B的状态的情况进行检测。

在检测电极17和下部电极层14之间产生的电位差成为电压信号，借助检测信号线22A将该电压信号输出。此外，在检测电极17B和下部电极层14之间产生的电位差成为电压信号，借助检测信号线22B将该电压信号输出。若将输出的电压信号作为与梁4的振动频率相关的信息并且基于该信息来对梁4的振动频率的变化进行检测，则能够对在经过贯通孔3的气体中含有吸附于物质吸附膜5A、5B的物质的情况进行检测。

如图8所示，在物质检测元件1设有信号处理电路20。信号处理电路20将两根驱动信号线21和两根检测信号线22A、22B连接在一起。自信号处理电路20引出的两根驱动信号线21连接于一对驱动电极16。此外，自检测电极17A、17B的各检测电极引出的两根检测信号线22A、22B彼此独立地连接于信号处理电路20。信号处理电路20进行以下部电极层14(参照图5A和图5B)的电位为基准的各种电压信号的输入、输出。

信号处理电路20借助驱动信号线21向与各贯通孔3相对应的驱动电极16输出例如正弦波状的电压信号，借助检测信号线22A、22B向该信号处理电路20输入自与各贯通孔3相对应的检测电极17A、17B输出的电压信号。信号处理电路20基于输入的电压信号来对梁4的振动频率(例如共振频率)的变化进行检测。在物质检测元件1中，例如能够以1ng(毫微克)的单位来检测构成物质的吸附。

在物质检测元件1中，针对每个贯通孔3均设有梁4，梁4分别支承的物质吸附膜5A、5B的种类不同。针对信号处理电路20而言，将从贯通孔3的检测电极17A、17B输出的电压信号借助检测信号线22A、22B输入，并基于输入的电压信号来对梁4的振动频率的变化进行检测，也就是对构成物质吸附于与该梁4相对应的物质吸附膜5A、5B的情况进行检测。在此，由于检测电极17A设在物质吸附膜5A的背面，因此在物质附着于物质吸附膜5A的情况下，能基于利用检测电极17A连接的电压信号对梁4的振动频率的变化进行检测。此外，由于检测电极17B设在物质吸附膜5B的背面，因此在物质附着于物质吸附膜5B的情况下，能基于利用检测电极17B连接的电压信号对梁4的振动频率的变化进行检测。信号处理电路20具有存储器，将物质吸附膜5A、5B各自的构成物质的检测结果存储于该存储器中。

接着，对由本实施方式的物质检测元件1进行的化学物质的检测动作进行说明。如图8所示，信号处理电路20开始向驱动电极16输出任意频率的正弦波状的电压信号。由此，如图9所示，在时刻t1使梁4开始振动。在该振动的作用下，使在测量之前吸附于物质吸附膜5A、5B的构成物质脱离，使物质吸附膜5A、5B初始化。将从时刻t1到时刻t2的期间设为进行物质吸附膜5A的初始化的初始化期间T1。

经过时刻t2后信号处理电路20仍继续使梁4进行振动。在从时刻t2到时刻t3的期间T2中对化学物质进行检测。为了对气体中含有的各种化学物质进行检测，在时刻t2将物质检测元件1放置在气体的气流中。由此，开始对构成经过贯通孔3的气体所含有的化学物质的构成物质进行检测。在此，对吸附构成物质的物质吸附膜5A、5B进行支承的梁4并没有堵塞贯通孔3的整体，而是堵塞贯通孔3的局部。因而，梁4能防止含有检测对象的化学物质的气体滞留在贯通孔3内，使该气体易于穿过贯通孔3。

在期间T2中，针对信号处理电路20而言，将从贯通孔3的检测电极17A、17B输出的电压信号借助检测信号线22A、22B输入，并基于输入的电压信号来对梁4的振动频率的变化进行检测，也就是对构成物质吸附于与该梁4相对应的物质吸附膜5A、5B的情况进行检测。

在成为时刻t3时，从气体的气流中取出物质检测元件1。由此，化学物质的检测结束。但是，在从时刻t3到时刻t4的期间T3中，信号处理电路20继续使梁4进行振动。由此，使构成物质自物质吸附膜5A、5B脱离。在时刻t4，物质检测元件1的处理结束。

在再次对化学物质进行检测的情况下，反复进行期间T1～T3的动作。

根据本实施方式，在含有化学物质的气体所经过的梁4设有物质吸附膜5A、5B，并且构成为使含有检测对象的化学物质的气体易于经过物质吸附膜5A、5B的周围，因此能够更有效地检测化学物质。

像以上详细地说明的那样，根据本实施方式，将因物质附着而使梁4的振动频率发生变化的物质吸附膜5A、5B和对与梁4的振动频率相关的信息进行检测的检测电极17A、17B设在梁4的正面和背面的相同的位置。由此，能够在因物质附着于物质吸附膜5A、5B而实现的梁4的振动频率的变化较大的位置处灵敏度较佳地对与梁4的振动频率相关的信息进行检测，因此能够更有效地检测物质。

此外，根据本实施方式，针对1个贯通孔而言能够检测两种物质，因此能够使可检测相同种类的物质的装置的尺寸小型化。反过来讲，在保持装置尺寸相同的情况下，能够增加可检测的物质的种类。

另外，物质吸附膜5A、5B的位置与检测电极17A、17B的位置也可以稍微错开。其错开量只要与物质吸附膜相互间的距离、检测电极相互间的距离相比小到能够忽略的程度即可。此外，若物质吸附膜相互间的距离、检测电极相互间的距离是能够独立地对振动频率的变化进行检测的距离以上，则也可以在相同的梁配置3个以上的物质吸附膜和检测电极的组。

此外，根据本实施方式，设有驱动电极16的第1梁4A的宽度比设有检测电极17A、17B的第2梁4B的宽度宽。这样的方式能够使梁4的位移较大，从而使检测的电压信号的电平较大。

另外，在本实施方式中，第1梁4A的宽度设定为比第2梁4B的宽度宽。但是，本发明并不限于此。第1梁4A的宽度(宽度方向上的长度)和第2梁4B的宽度(宽度方向上的长度)也可以相同。此外，也可以使贯通孔3的直径较短从而缩短第1梁4A的长度。这样的话，能够将梁4整体的振动频率设定为更高从而减少来自外部的振动的影响，而且能够使与吸附的构成物质的每单位重量相对应的梁4的振动频率的变化量较大，从而提高构成物质的吸附的检测精度。

另外，针对梁4的宽度、长度而言，期望的是根据与气体的气流所需要的贯通孔3的大小之间的关系来确定。

此外，在本实施方式中，梁4在至少两处固定于贯通孔3的边缘。这样的话，与悬臂的梁4相比能够稳定地保持梁4，而且能够使梁4的振动频率较高。

另外，梁4中的驱动电极16、检测电极17A、17B及物质吸附膜5A、5B的配置并不限于本实施方式的情况。例如也可以如图10A和图10B所示，物质吸附膜5A和检测电极17A的组以及物质吸附膜5B和检测电极17B的组设于第1梁4A而不是第2梁4B。即，在从第1梁4A与第2梁4B交叉的部分观察时，在第1梁4A的两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组。

此外，也可以如图11A和图11B所示，在第1梁4A和第2梁4B的中央仅设有1个驱动电极16。即，也可以将驱动电极16设在第1梁4A与第2梁4B交叉的部分。若对该驱动电极16施加电压信号，则能够使第1梁4A和第2梁4B进行振动。

此外，也可以如图12A和图12B所示，梁4仅是在长度方向的两端处固定于贯通孔3的边缘并且沿一个方向延伸的梁。在该情况下，只要驱动电极16设在梁4的中央，并且在从梁4的中央观察时在两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组即可。

此外，也可以如图13A和图13B所示，梁4仅是在长度方向的两端处固定于贯通孔3的边缘并且沿一个方向延伸的梁，并且在该情况下驱动电极16设在梁4的两端。此外，也可以是，在从梁4的中央观察时在两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组。

在上述的方式中，针对图11A和图11B所示的配置而言，从检测电极17A、17B输出的电压的电平最大。即，驱动电极16安装在梁4的中央并且在宽度较宽的第1梁4A配置有检测电极17A、17B的情况下的电压电平最大。

此外，也可以如图14A和图14B所示，梁4包括第1梁4A和第2梁4B并且驱动电极16设在第1梁4A与第2梁4B交叉的部分。此外，在该情况下，也可以是，在从第1梁4A与第2梁4B交叉的部分观察时，在第1梁4A的两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5A和检测电极17A的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5B和检测电极17B的组，在从第1梁4A与第2梁4B交叉的部分观察时，在第2梁4B的两侧设有在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5C和检测电极17C的组、在梁4的正面和背面的相同的位置设置的物质吸附膜5D和检测电极17D的组。若物质吸附膜5A～5D吸附的物质完全不同，则能够针对1个贯通孔3检测4种物质。

此外，也可以如图15所示，梁4是悬臂梁。在该情况下，期望的是使梁4的宽度较宽或者使梁4的厚度较大从而使梁4的振动频率较高。另外，能够将驱动电极16配置在梁4的一端(固定在贯通孔3的边缘的那一端)，将检测电极17A配置在梁4的中央。将物质吸附膜5A设在检测电极17A的背面侧。

此外，也可以如图16所示，梁4仅有在长度方向的两端处固定于贯通孔3的边缘的1根，并且在该情况下仅是在梁4的两端设有驱动电极16并且在梁4的中央设有物质吸附膜5A和检测电极17A的组。

此外，也可以如图17所示，使用在3处固定于贯通孔3的边缘的梁4。在该情况下，只要在梁4交叉的位置配置驱动电极16，在梁4的3个梁配置物质吸附膜5A和检测电极17A的组、物质吸附膜5B和检测电极17B的组、以及物质吸附膜5C和检测电极17C的组即可。

另外，在上述实施方式中，第1梁4A与第2梁4B正交。这样的话，能够使第2梁4B不妨碍第1梁4A的振动。但是，第1梁4A与第2梁4B无需正交，只要交叉即可。

另外，在上述实施方式中，在化学物质的检测之前或之后，在周边不存在构成该化学物质的构成物质的环境下使梁4进行振动，从而使构成物质自物质吸附膜5A、5B脱离。这样的话，能够在不对物质检测元件1施加刷新气体或者不在物质检测元件1设置加热器等使构成物质自物质吸附膜5A、5B脱离的部件的前提下重复使用物质检测元件1。其结果，能够将检测物质的装置整体设为简单且紧凑的结构。

也能够利用具有图18所示的结构的物质检测元件1来进行由梁4的振动实现的构成物质的脱离。该物质检测元件1也包括支承基板2、两端支承于支承基板2并且设有压电元件15(参照图5A)的板状的梁4、以及设于梁4并且会因物质附着而使梁4的振动频率发生变化的物质吸附膜5E。在该物质检测元件1中，物质吸附膜5E设于梁4的一个面的整个面。并且，该物质检测元件1包括对压电元件15施加电压而使梁4进行振动的驱动电极16(参照图5A)以及对与梁4的振动频率相关的信息进行检测的检测电极17A、17B(参照图5B)。驱动电极16和检测电极17A、17B设在设有物质吸附膜5E的区域的背面侧。

如图18所示，在时刻t1使梁4开始振动。在该振动的作用下，在初始化期间T1中，在测量之前使吸附于物质吸附膜5E的构成物质脱离，使物质吸附膜5E初始化。

在从时刻t2到时刻t3的期间T2中对化学物质进行检测。经过时刻t2后仍继续使梁4进行振动。在时刻t2将物质检测元件1放置在成为检测对象的气体的气流中。由此，构成经过贯通孔3的气体所含有的化学物质的构成物质会吸附于物质吸附膜5E。

在期间T2中，针对信号处理电路20而言，将从检测电极17A、17B输出的电压信号输入，并且基于输入的电压信号对梁4的振动频率的变化进行检测，也就是对构成物质吸附于与该梁4相对应的物质吸附膜5E的情况进行检测。

在成为时刻t3时，从气体的气流中取出物质检测元件1。由此，化学物质的检测结束。但是，在从时刻t3到时刻t4的期间T3中，信号处理电路20继续使梁4进行振动。由此，使构成物质自物质吸附膜5E脱离。

另外，在脱离时，驱动电极16使梁4在物质吸附膜5E的膜厚方向上进行振动，从而使构成物质脱离。这样的话，能够使构成物质的脱离方向和梁4的振动方向一致，因此易于使构成物质脱离。与之相对地，在将晶体元件作为物质吸附膜的QCM(Quartz CrystalMicrobalance)式的检测设备中，晶体元件会相对于膜在水平方向上振动，因此构成物质难以因振动而脱离。

另外，在上述实施方式中，在期间T1、T2、T3中将对驱动电极16施加的电压信号的频率和强度设为恒定。但是，本发明并不限于此。在期间T1、T3中，若能够促进构成物质的脱离则也可以使电压信号的频率和强度增大或减小。例如，在期间T1、T3中既可以设为与期间T2时不同的电压信号的频率，此外也可以设为与期间T2时不同的电信号的强度。

在上述实施方式中，贯通孔3和梁4的数量是7个，但本发明并不限于此。贯通孔3和梁4的数量既可以是6个以下也可以是8个以上。能够根据成为检测对象的构成物质的数量来确定贯通孔3和梁4的数量。

在上述实施方式中，贯通孔3是圆形。但是本发明并不限于此。贯通孔可以是椭圆、方形，其外形也可以是曲线和直线的组合的形状。

此外，在上述实施方式中，将成为检测对象的物质设为构成气味的化学物质，但本发明并不限于此。例如也可以对气体中所含有的无味的化学物质进行检测。

此外，在上述实施方式中，检测的是气体中所含有的化学物质，但本发明并不限于此。也能够将本发明应用于液体中的物质的检测。

此外，在上述实施方式中，使用SOI晶圆来制造物质检测元件1，但本发明并不限于此。也可以使用其他的晶圆来制造物质检测元件。

在上述实施方式中，在梁4的大致整个面设置下部电极层14和压电元件15，但本发明并不限于此。也可以仅在形成有驱动电极16和检测电极17A、17B的部分设置下部电极层14和压电元件15。

本发明能够在不脱离本发明的广义的精神和范围的前提下设为各种各样的实施方式和变形。此外，上述的实施方式用于说明本发明，并不限定本发明的范围。也就是说，本发明的范围由权利要求书来表示而不是由实施方式来表示。而且，在权利要求书的范围内和与其等同的技术方案的含义的范围内实施的各种各样的变形被视为包含于本发明的范围内。

另外，本申请主张以于2018年9月27日提出申请的日本国特许出愿2018－182353号以及于2019年4月22日提出申请的日本国特许出愿2019－80654号为基础的优先权，将日本国特许出愿2018－182353号以及日本国特许出愿2019－80654号的说明书、权利要求书、附图整体作为参照编入本说明书中。

本发明能够应用于流体中所含有的化学物质的检测。

1、物质检测元件；2、支承基板；3、贯通孔；4、梁；4A、第1梁；4B、第2梁；5A、5B、5C、5D、5E、物质吸附膜；10、基部；11、Si支承层；12、Si活性层；13、开口；14、下部电极层；15、压电元件(压电致动元件)；16、驱动电极；17A、17B、17C、17D、检测电极；20、信号处理电路；21、驱动信号线；22A、22B、检测信号线。