Luận án: Thiết kế, chế tạo cảm biến áp suất SAW dùng Nitrure Nhôm (AlN)
Université Joseph Fourier
Radio-Fréquence
Ẩn danh
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
174
Thời gian đọc
27 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Introduction
1.1. Acoustic wave devices
1.1.1. Thickness Shear Mode (TSM) resonator
1.1.2. Surface Acoustic Wave Device
1.1.2.1. SAW excitation and detection
1.1.2.2. SAW perturbation mechanisms
1.1.3. Acoustic Plate Mode (APM) devices
1.1.4. Flexural Plate Wave (FPW) or Lamb wave device
1.1.5. Comparation between four sensors
1.2. SAW sensor and the application pressure sensor in this research
1.2.1. SAW pressure sensor with one port IDT
1.2.2. SAW pressure sensor with two ports IDT
1.3. Aluminum Nitride (AlN) and its applications in SAW devices
1.3.1. Piezoelectric materials and the choice of AlN
1.3.2. General Information of AlN
1.4. Modelling SAW devices
1.4.1. Why Equivalent Circuit model is chosen?
1.4.2. The Finite Element Model (FEM)
1.5. Micromachining process, the choice of surface micromachining
2. Chapter 2: SAW PARAMETERS ANALYSIS AND EQUIVALENT CIRCUIT OF SAW DELAY LINE
2.1. Calculation of SAW properties
2.1.1. Wave velocity, coupling factor in AlN/Si structure
2.1.2. Wave velocity, coupling factor in AlN/SiO2/Si structure
2.1.3. Wave velocity, coupling factor in AlN/Mo/Si structure
2.2. Equivalent circuit for SAW delay line based on Mason model
2.2.1. Equivalent circuit for IDT including N periodic sections
2.2.2. Equivalent circuit for propagation path
2.2.3. Equivalent circuit for SAW delay line
2.3. Equivalent Circuit for IDT Based On The Coupling-Of-Mode Theory
2.3.1. COM equation for particle velocities
2.3.2. Equivalent circuit for IDT based on com theory
2.3.3. Equivalent circuit for propagation path based on com theory
2.3.4. Equivalent circuit for SAW delay line based on COM theory
2.4. Comparison of Equivalent circuit of SAW device based on Mason model and COM thoery
3. Chapter 3: DESIGN OF SAW PRESSURE SENSOR DEVICES
3.1. Temperature compensated structure for SAW device
3.1.1. Temperature dependence of Si, SiO2, AlN properties
3.1.2. Temperature Coefficient of Frequency (TCF) and temperature compensated structure for SAW sensor
3.2. Pressure dependence of frequency and phase in saw delay line
3.2.1. Mechanical analysis of membrane under pressure
3.2.2. Pressure-dependence of frequency by pressure dependence of AlN elastic properties
3.2.3. Pressure-dependence of frequency by delay line
3.2.4. Pressure-dependence of phase shift
4. Chapter 4: FABRICATION PROCESS
4.1. Trench, counter masque, hole, and PSG layers
4.2. Metal AlCu and polyimide layers
4.3. Creating the stop wall of etching SiO2- Trench
4.4. Non-selective epitaxy
4.5. COUNTER MASK lithography, etching Si and CMP process
4.6. HF Etching of the sacrificial layer
4.7. Depositing AlN as the piezoelectric layer and its properties
4.7.1. Influence of substrate roughness on crytal quality of AlN
4.7.2. Dependence of FWHM of AlN on AlN thickness
4.7.3. Dependence of FWHM of AlN on using bottom MO layer
4.7.4. AlN at high temperature
4.8. Metal layer AlCu for IDT and probes
4.9. Polyimide as absorber
5. Chapter 5: CHARACTERIZATION OF SAW DEVICE
5.1. The Square Resistance: Van Der Pauw
5.2. Isolation and continuity
5.3. Measuring under etching
5.4. Mask for parametric test
5.5. Propagation losses measurement
5.6. Piezoelectric coupling factor extraction
5.7. Comparison between experiment and simulation
5.8. Effect of Mo layer on performance of AlN/Si SAW device
5.9. Effect of thin Polyimide film
5.10. Device under pressure
CONCLUSION and PERSPECTIVE
List of publication paper
Appendix A: Properties of Si, SiO2, AlN and Mo
Appendix B: Development of calculation for equivalent circuit of SAW device
Appendix C: Equipments used to control each fabrication step and to characterise device
C.1. SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM)
C.2. VEECO PROFILING SYSTEM
C.3. ATOMIC FORCE MICROGRAPH (AFM)
C.4. X-RAY DIFFRACTION (XRD) SYSTEM
C.5. SURFACE PROFILER TENCOR P-11
C.6. FLEXUS F2320 DUAL WAVELENGTH STRESS MEASUREMENT SYSTEM
List of tables
List of figures
Tóm tắt nội dung
I. Cảm biến áp suất SAW và vai trò của Nitrure Nhôm AlN
Cảm biến áp suất SAW sử dụng sóng âm bề mặt để đo áp suất với độ chính xác cao. Nitrure nhôm (AlN) là vật liệu áp điện quan trọng, đóng vai trò trung tâm trong thiết kế cảm biến. AlN cung cấp hiệu suất tốt nhờ vào đặc tính cơ lý và điện của nó. Điều này giúp cải thiện độ nhạy của cảm biến và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ.
1.1. Đặc điểm của cảm biến áp suất SAW
Cảm biến áp suất SAW dựa trên sự biến đổi tần số do áp suất tác động lên màng cảm biến. Quá trình này diễn ra thông qua việc tạo ra những sóng âm trên bề mặt chất nền. Các đặc điểm như độ nhạy, độ ổn định và khả năng khử nhiễu là rất quan trọng.
1.2. Nitrure Nhôm AlN và ứng dụng
Nitrure nhôm (AlN) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cảm biến áp suất nhờ vào tính năng áp điện và khả năng chịu nhiệt. AlN cho phép chế tạo các màng mỏng với tính chất cơ học ưu việt, cần thiết cho hiệu suất của cảm biến.
II. Thiết kế và chế tạo cảm biến áp suất SAW hiệu quả
Thiết kế cảm biến áp suất SAW yêu cầu sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Các yếu tố như cấu trúc màng mỏng, vật liệu sử dụng và kỹ thuật chế tạo cần được xem xét kỹ lưỡng. Công nghệ MEMS thường được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo độ chính xác cao.
2.1. Quy trình thiết kế cảm biến
Quy trình thiết kế bắt đầu bằng việc xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho cảm biến. Mỗi loại cấu trúc sẽ có những yêu cầu riêng về độ dày của lớp AlN để tối ưu hóa hiệu suất.
2.2. Kỹ thuật chế tạo màng mỏng
Chế tạo màng mỏng cho cảm biến thường sử dụng phương pháp phún xạ (sputtering) và khắc quang (photolithography). Các kỹ thuật này giúp kiểm soát chính xác kích thước và hình dạng của màng cảm biến, từ đó đảm bảo tính đồng nhất và hiệu suất.
III. Tối ưu hóa các thông số của cảm biến SAW
Để đạt được hiệu suất tối ưu, các thông số như tốc độ sóng và hệ số ghép nối cần được tối ưu hóa. Việc điều chỉnh độ dày của lớp AlN tác động trực tiếp đến những thông số này. Phân tích và mô hình hóa là hai bước quan trọng để hiểu rõ sự tương tác giữa các yếu tố.
3.1. Mô hình hóa cảm biến
Mô hình hóa cảm biến áp suất SAW thường được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình Mason và phương pháp Coupling-Of-Mode. Những mô hình này giúp dự đoán chính xác hành vi của cảm biến dưới tác động của áp suất và nhiệt độ.
3.2. Tác động của nhiệt độ đến cảm biến
Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến. Do đó, việc nghiên cứu sự thay đổi tần số do nhiệt độ là rất cần thiết. Một số phương pháp đã được đề xuất để giảm thiểu các ảnh hưởng này, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.
IV. Kết quả và ứng dụng của cảm biến áp suất SAW
Kết quả thử nghiệm cho thấy cảm biến áp suất SAW sử dụng Nitrure Nhôm đạt được độ nhạy cao và sự ổn định tốt. Các ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp và y tế ngày càng phát triển nhờ vào hiệu suất vượt trội của loại cảm biến này. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào cải tiến thêm về độ nhạy và khả năng tương thích của cảm biến.
4.1. Đánh giá độ nhạy của cảm biến
Độ nhạy của cảm biến được đánh giá thông qua các bài thử nghiệm thực tế. Kết quả cho thấy cảm biến có khả năng phát hiện áp suất với độ chính xác cao, là một yếu tố quan trọng trong nhiều ứng dụng.
4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau
Cảm biến áp suất SAW có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp chế biến đến lĩnh vực y tế. Khả năng đáp ứng nhanh và chính xác làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống giám sát và điều khiển.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (174 trang)Câu hỏi thường gặp
Luận án tiến sĩ thiết kế & chế tạo cảm biến áp suất lưỡi cưa dùng nhôm nitrua (AlN). Khám phá công nghệ vật liệu tiên tiến cho ngành công nghiệp.
Luận án này được bảo vệ tại Université Joseph Fourier. Năm bảo vệ: 2009.
Luận án "Cảm biến áp suất SAW dùng Nitrure Nhôm (AlN): Thiết kế, chế tạo" thuộc chuyên ngành Radio-Fréquence. Danh mục: Kỹ Thuật Điện Tử.
Luận án "Cảm biến áp suất SAW dùng Nitrure Nhôm (AlN): Thiết kế, chế tạo" có 174 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.