Otimização do Design de Dispositivos de Ondas Acústicas na Superfície e Investigação de Dispositivos Fabricados sob Temperatura, Umidade e Ambientes de Vapor

Resumo A técnica de Ondas Acústicas na Superfície (SAW) é um dos métodos de detecção baseados em Sistemas Micro Eletromecânicos (MEMS) mais promissores para uma variedade de aplicações. O sensor SAW é baseado na modulação de ondas Rayleigh que viajam perto da superfície de um substrato piezoelétrico. O advento da tecnologia MEMS levou ao desenvolvimento de sensores SAW, que são amplamente utilizados em detecção química, médica, industrial, de telecomunicações e biológica. O principal foco deste artigo é projetar e caracterizar uma estrutura SAW genérica e estudar as propriedades acústicas em várias condições ambientais antes de depositar a camada de detecção/análise para qualquer aplicação específica. Neste trabalho, um dispositivo SAW foi projetado usando COMSOL Multiphysics para uma frequência ressonante de 100 MHz com comprimento de onda de 40 μm em substrato piezoelétrico de Nióbio de Lítio (LiNbO3). A estrutura do dispositivo otimizada foi fabricada usando deposição de filme fino e fotolitografia UV. A frequência ressonante do dispositivo fabricado (97,63 MHz) coincidiu de perto com os resultados da simulação (100 MHz) e resultados teóricos (100 MHz). O dispositivo foi submetido a várias condições ambientais para estudar a influência na frequência ressonante. A estrutura SAW mostrou um deslocamento de frequência ressonante de 90 KHz em ambiente de vapor, ∼ 1 MHz quando aquecida a 150 °C e ∼ 120 KHz quando exposta a 80% de umidade relativa. O dispositivo exibiu um deslocamento linear na frequência ressonante sob todas as condições ambientais testadas, com uma linha de base consistente e boa repetibilidade.