Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm đến cảm biến SAW hóa học cấu trúc đa lớp Graphene /AlN/Si

Nghiên cứu này trình bày phương pháp mô phỏng FEM 2D và thực nghiệm chế tạo khảo sát cảm biến SAW có cấu trúc đa lớp Graphene/AlN/Si thay đổi theo độ ẩm. Cảm biến SAW hóa học là loại cảm biến dựa trên hiện tượng thay đổi sóng âm bề mặt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm đến cảm biến SAW hóa học cấu trúc đa lớp Graphene /AlN/Si Vol 3 (3) (2022) Measurement, Control, and Automation Website: https:// mca-journal.org ISSN 1859-0551 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm đến cảm biến SAW hóa học cấu trúc đa lớp Graphene /AlN/Si Studying the effect of humidity on the Graphene/AlN/Si multilayer structure of SAW chemical sensor Nguyễn Hải Hà1,2, Trương Ngọc Tuấn2, Hoàng Sĩ Hồng1* Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Việt Nam 2 Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Việt Nam * Corresponding author E-mail: hong.hoangsy@hust.edu.vn Abstract This study presents the 2D FEM simulation method and experimental fabrication of SAW- based on multilayer structure Graphene/AlN/Si changes with humidity. The chemical SAW sensor is a type of sensor based on the phenomenon of surface acoustic wave changes. Simulation results show that the center frequency decreases from 127.458 MHz to 127.431 MHz, when the humidity increases from 10% to 100%. This is completely consistent with the trend of the experimental results, the center frequency is also reduced from 127.634 MHz to 126.578 MHz. Both simulation and experimental results are consistent with the theory that when the humidity increases, the equivalent sensitivity layer thickness increases, and the average density of the sensitive layer changes (decreases) leading to a decrease in the center frequency. Keywords: Surface acoustic wave , relative humidity, frequency response, piezoelectric materials, water vapor adsorption. Ký hiệu phỏng và thực thiệm đều phù hợp với lý thuyết khi độ ẩm tăng thì chiều dày lớp nhạy tăng, khối lượng riêng trung bình lớp nhạy thay đổi (giảm), dẫn tới tần số trung tâm giảm. Symbols Units Description VSAW m/s Vận tốc sóng bề mặt f Hz Tần số trung tâm (cộng 1. Giới thiệu chung hưởng) f Hz Độ dịch tần Năm 1965, hai nhà khoa học Wohltjen và White đã phát minh là một loại cảm biến mới, đó là cảm biến sóng âm bề mặt m Độ dài bước sóng (SAW) [1]. Vì có một số ưu điểm nổi bật như kích thước nhỏ, Kg/m3 Khối lượng riêng giá thành rẻ, độ tin cậy cao và đặc biệt rất nhạy với khí nên cảm biến SAW được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như giao Các từ việt tắt thông, công nghiệp, năng lượng, và môi trường [2]. Mặt khác, gần đây graphene được tìm ra và nhanh chóng đưa vào ứng SAW Surface Acoustic Wave dụng làm vật liệu nhạy và vật liệu mang nhạy trong cảm biến IDT Inter-Digital Transducer bởi vì tỷ lệ bề mặt trên thể tích lớn, độ linh động và mật độ FEM Finite Element Method hạt tải điện cao [3]. Do đó, việc dùng graphene và graphene AlN Aluminum Nitride oxide (GO) trong cảm biến SAW được nhiều nghiên cứu quan MEMS Micro-Electro Mechanical Systems tâm như trong bài báo [4][5][6][7][8], đã dùng graphene và FFT Fast Fourier Transform GO làm vật liệu nhạy khí NO2, H2, CO, NH3 và hơi TNT; SEM Scanning Electron Microscope trong công bố [9][10][11] graphene và GO được dùng làm vật Si Silicon liệu nhạy hơi ẩm. Tựu chung lại, các công trình này đều là GO Graphene Oxide thực nghiệm SAW trên đế áp điện dạng khối quartz, LiTO3, PR Photoresist LiNbO3 có vận tốc sóng âm bề mặt thấp, mà chưa dùng đế áp điện dạng màng mỏng AlN có vận tốc sóng cao hơn để làm Tóm tắt tăng độ nhạy. Vì vậy trong nghiên cứu trước của chúng tôi [12], đã dùng cấu trúc SAW dạng đa lớp với vật liệu áp điện Nghiên cứu này trình bày phương pháp mô phỏng FEM 2D và thực màng mỏng AlN để cải thiện độ nhạy, dùng graphene làm vật nghiệm chế tạo khảo sát cảm biến SAW có cấu trúc đa lớp Gra- liệu mang, vật liệu nhạy là Pd đo khí H2, tuy nhiên việc khảo phene/AlN/Si thay đổi theo độ ẩm. Cảm biến SAW hóa học là loại sát ảnh hưởng của yếu tố môi trường đo như là độ ẩm chưa cảm biến dựa trên hiện tượng thay đổi sóng âm bề mặt. Kết quả mô được đề cập tới. Độ ẩm cao tại Việt Nam luôn là vấn ...