Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng bộ cảm biến
vi lỏng có cấu trúc SAW đứng trên vật liệu AIN
Bùi Thu Hằng
Đại học Công nghệ
Ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: TS. Vũ Huy Thông, MBA Hà Nguyên
Năm bảo vệ: 2013

Abstract: Trình bày các thành phần và đặc tính truyền sóng của SAW hoạt
động trong môi trường lỏng và điều kiện truyền giữa hai môi trường. Nghiên
cứu các tính chất điện và cơ của SAW trên đế áp điện phổ biến hiện nay,
LiNO3, và vật liệu CMOS, AlN, khi có tác động của chất lỏng như mật độ,
độ nhớt và chuyển động trong các kênh cảm biến. Bộ cảm biến SAW cho
ứng dụng vi lỏng. Khả năng tích hợp trong ứng dụng cảm biến mực.
Keywords: Bộ cảm biến vi lỏng; Kỹ thuật điện tử

Content


Microfluidic Sensor based on AlN Vertical SAW structure: Investigation, Design and Simulation

TABLE OF CONTENT
GLOSSARY .............................................................................................................. 3
ACKOWNLEDGEMENTS ..................................................................................... 4
LISTS OF TABLES ................................................................................................. 5
LISTS OF FIGURES ............................................................................................... 6
Chapter 1

Introduction ...................................................................................... 8

1.1


2.3.1

Boundary Conditions ........................................................................... 19

2.3.2

Standing and Linear Motion Medium.................................................. 19

2.3.3

Moving Liquid Medium....................................................................... 20

2.4

Equivalent Circuit Model of SAW Devices ............................................... 21

2.4.1

Model Implementation ......................................................................... 21

2.4.2

Frequency Response ............................................................................ 22

2.4.3

Attenuation........................................................................................... 22

2.5


Bui Thu Hang

Page 1


Microfluidic Sensor based on AlN Vertical SAW structure: Investigation, Design and Simulation

3.4

Masks designed........................................................................................... 35

Chapter 4

Results and Discussion ................................................................... 38

4.1

General Description .................................................................................... 38

4.2

Density and viscosity .................................................................................. 38

4.2.1

Lithium Niobate Crystal ...................................................................... 38

4.2.2


Reference ................................................................................................................. 56
Appendix: Material Parameters for Piezoelectric Substrate ............................. 59
A.

Lithium Niobate .......................................................................................... 59

B.

Aluminium Nitride ..................................................................................... 59

Bui Thu Hang

Page 2


Microfluidic Sensor based on AlN Vertical SAW structure: Investigation, Design and Simulation

eference
[1] Leslie Y. Y. and James R. F., “Ultrafast microfluidics using surface acoustic
waves”, Biomicrofluidics, 2009, 3(1): 012002.
[2] Subhas C. M., Gourab S. G., Yueh-Min R. H., “Recent Advances in Sensing
Technology”, Springer. 2009, ISBN 978-3-642-00577-0.
[3] Aisha Q., James R. F. and Leslie Y. Y., “Investigation of SAW Atomization”,
2009 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, pp. 787-790.
[4] Rohan V. R., James R. F. and Leslie Y. Yeo, “Particle concentration via
acoustically driven microcentrifugation: microPIV flow visualization and
numerical modelling studies”, Microfluid Nanofluid (2010) 8:73–84.
[5] Aisha Q., Leslie Y. Y and James R. F., “Interfacial destabilization and
atomization driven by surface acoustic waves”, Physics of Fluids 20, 074103.
[6] D. Morgan, “Surface Acoustic Wave Filters”, Elsevier, New York (1985).

6233.
[14] Thu-Hang B., Dat N. T., Tung B. D. and Trinh C. D., “3-D Finite Element
Modeling of SAW sensing system for liquids”, The 2012 IEEE/ASME
International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 782-787.
[15] Shiokawa. S. and Kondoh J., “Surface acoustic wave sensor for liquid-phase
application”, 1999 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, pp. 445-452.
[16]

Thomas H. H., Chapter 5 Surface Waves.

[17]

Campell J. J. and Jones W. R., “A method for estimating optimal crystal cuts

and propagation directions for excitation of piezoelectric substrate waves”,
IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics, vol. SU-15, No. 4, 1968.
[18]

Wilson W. C. and Atkinson G. M., “Rapid SAW sensor development tools”.

[19]

W. Richard Smith, H. M. Gerard, J. H. Collins and T. M. Reeder, “Analysis

of Interdigital surface acoustic wave transducers by use of an equivalent circuit
model”, IEEE Tran. on Microwave theory and Techniques, vol. MIT-17, No. 11,
1969.
[20]

H. Trang, “Design and realization of SAW pressure sensor using Aluminum

Microfluidic Sensor based on AlN Vertical SAW structure: Investigation, Design and Simulation

[25]

K. Shin and J. K. Hammond, “Fundamentals of signal processing for sound

and vibration engineers”, John Wiley & Sons Ltd, ISBN-13 978-0470-51188-6,
2008.
[26]

G. Zhang, “Orientation of Piezoelectric Crystals and Acoustic Wave

Propagation”, 2012 COMSOL Conference.
[27]

J. G. Gualtiei, J. A. Kosinski and A. Ballato, “Piezoelectric materials for

acoustic wave applications”, IEEE Tran. on Ultrasonics, Ferroelectrics and
Frequency control, vol. 41, No. 1, 1994.
[28]

G. Bu, D. Ciplys and M. S. Shur, L. J. Schowalter and S. B. Schujman,

“Leaky Surface Acoustic Waves in single-Crystal AlN Substrate”, International
J. of High Speed Electronics and Sys., Vol. 14, No. 3, pp. 837-846, 2004.

Bui Thu Hang

Page 58