Luận văn thạc sĩ Vật lý kỹ thuật: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cảm biến QCM dựa trên hiệu ứng áp điện của tinh thể thạch anh

MEMS Micro - Electro - Mechanical - Systems là một hệ thống được tích hợp bởi các thành phần vi cơ, điện tử để tạo ra những bộ chuyển đổi, bộ truyền động hay cảm biến… Bằng kỹ thuật vi c

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

T.S DƯƠNG MINH TÂM

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : T.S Dương Minh Tâm

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trương Hữu Lý Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1980 Nơi sinh:Nghệ An Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

MSHV: 01208159

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC

QCM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN CỦA TINH THỂ THẠCH ANH

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Mô phỏng hoạt động của cảm biến QCM trên nền Matlab Thiết kế bộ mặt nạ sử dụng cho việc chế tạo cảm biến QCM Sử dụng công nghệ MEMS chế tạo sản phẩm QCM tần số 5 MHz trên nền vật liệu

thạch anh Cải tiến quy trình chế tạo cảm biến QCM

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S Dương Minh Tâm

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Dương Minh Tâm, người thầy tận tụy đã tận tình chỉ bảo, định hướng khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Vật lý kỹ thuật trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý báu, những lời khuyên hữu ích và hơn hết là niềm say mê nghiên cứu khoa học

Ngoài ra, xin cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Nghiên cứu triển khai – Khu Công nghệ cao TP.HCM đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai - Khu Công nghệ cao TP.HCM và các cộng sự tại Trung tâm nghiên cứu & Đào tạo thiết kế vi mạch – ICDREC thuộc Đại học quốc gia TP.HCM đã chung tay cùng tôi hoàn thành luận văn này

MEMS (Micro - Electro - Mechanical - Systems) là một hệ thống được tích hợp bởi các thành phần vi cơ, điện tử để tạo ra những bộ chuyển đổi, bộ truyền động hay cảm biến… Bằng kỹ thuật vi chế tạo như là sử dụng các phương pháp ăn mòn và phủ lớp vật liệu lên một phiến đế ban đầu với độ chính xác cao cho ra những cấu trúc có kích thước kích cỡ micromet Cảm biến sinh học QCM tần số 5MHz được chế tạo dựa trên nền công nghệ MEMS từ phiến đế là thạch anh anpha (α-Quarzt) hướng cắt AT (AT-Cut) có bề dày 332um Dựa vào quy trình chế tạo ban đầu bao gồm 15 bước, đề tài đã cải tiến, rút gọn quy trình chỉ còn 11 bước và bỏ bớt được vật liệu Crom trong quy trình chế tạo Cảm biến QCM tạo ra theo phương pháp mới có hệ số phẩm chất cao hơn, độ ổn định tốt hơn so với cảm biến được chế tạo theo phương pháp cũ

MEMS (Micro - Electro - Mechanical - Systems) is an integrated system by micro-electro mechanical components to create the adapter,tranducer, transmission or sensor By manufacturing techniques such as use of wet etching or dry etching methods and thin film depositions on a wafer with high accuracy for the structures with micron or sub micron size dimensions Biosensor QCM frequency 5 MHz was built based on MEMS technology from the 332um thickness alpha quartz (α-Quarzt) wafer with AT cut direction Based on the initial fabrication process includes 15 steps, the subject has improved, simplified procedures and only 11 steps, remove the chromium materials in the fabricating processes QCM sensor generated by the new method has a higher coefficient of quality, stability better than sensors built under old methods

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu, tổng kết từ lý thuyết, từ nguồn kiến thức khoa học, và từ quá trình nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Dương Minh Tâm và sự hỗ trợ của các thành viên trong nhóm nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu triển khai khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh và Trung tâm phát triển vi mạch ICDREC

Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực, được bảo vệ và công nhận bởi “ Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ ngành vật lý kỹ thuật trường ĐH Bách Khoa TP HCM ” năm học 2010

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên

TP HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2012

Người cam đoan

Trương Hữu Lý

MỤC LỤC

MỤC LỤC………… i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

1.1.2 Phân loại cảm biến 3

1.1.3 Đặc trưng cơ bản của cảm biến 5

1.2 Phương pháp chế tạo cảm biến 6

1.2.1 Phương pháp chế tạo truyền thống 6

1.2.2 Phương pháp chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện tử- MEMS 6

1.3 Tính chất cảm biến QCM 10

1.3.1 Lược sử 10

1.3.2 Tính chất vật liệu thạch anh 11

1.3.3 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của cảm biến thạch anh QCM 14

1.3.4 Một số ứng dụng của cảm biến thạch anh QCM 21

1.3.5 Các tham số ảnh hưởng đến cảm biến QCM 24

CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN QCM 26

2.1 Cơ sở lý thuyết 26

2.2 Mô phỏng dao động cảm biến QCM khi không tải 29

2.3 Mô phỏng dao động cảm biến QCM khi có tải 32

2.4 Kết luận 37

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO LINH KIỆN VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 38

3.1 Quy trình chế tạo cảm biến QCM 38

3.1.1 Chọn lựa nguyên vật liệu, quy trình chế tạo 38

3.1.2 Thiết kế chế tạo mặt nạ điện cực 41

3.1.3 Quang khắc, định hình 43

3.1.4 Chế tạo điện cực kim loại 50

3.1.5 Cắt phiến tạo linh kiện, đóng gói 54

3.2 Quá trình thực nghiệm 55

3.2.1 Phương pháp chế tạo chuẩn 55

3.2.2 Phương pháp chế tạo mới 67

3.3 Khảo sát kết quả sản phẩm tạo thành 71

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ và THẢO LUẬN 72

4.2.2 Kết quả khảo sát trên cảm biến chế tạo bằng phương pháp mới 79

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 80

Kết luận 80

Kiến Nghị 81

Tài liệu tham khảo:[1-60] 82

PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH MATLAB MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG QCM 88

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc và quy trình chế tạo bằng phương pháp vi cơ khối 8

Hình 1.2 Quy trình chế tạo bằng phương pháp vi cơ bề mặt 9

Hình 1.3 Quy trình chế tạo bằng phương pháp LIGA 10

Hình 1.4 Sự biến dạng của vật liệu áp điện dưới tác dụng điện trường 10

Hình 1.5 Tinh thể Si02 dưới tác động của điện trường 12

Hình 1.6 Hình dạng và phương quang học của thạch anh 12

Hình 1.7 Biến dạng trượt bề dày(thickness shear mode) của thạch anh AT-cut 13

Hình 1.8 Mode dao động của một số loại tinh thể thạch anh 13

Hình 1.9 Sự thay đổi tần số khi có vật liệu bám vào bề mặt điện cực cảm biến 15

Hình 1.10 Tinh thể thạch anh và sóng trượt trong tinh thể khi áp điện 16

Hình 1.11 Mô hình Butterworth van-Dyke 19

Hình 1.12 Mô hình BVD khi gắn tải lên trên bề mặt cảm biến 20

Hình 1.13 QCM phủ cacbon nanotube (CNT) 21

Hình 1.14 Nguyên lý phản ứng của cặp kháng thể-kháng nguyên 22

Hình 1.15 Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học QCM 23

Hình 1.16 Nguyên lý hoạt động của cảm biến phát hiện DNA/RNA 24

Hình 2.1 Mô hình mạch tương đương BVD khi không tải (a) và có tải (b) 26

Hình 2.7 Hệ số hiệu chỉnh mô hình Sauerbrey 35

Hình 3.1 Cấu tạo cơ bản một mặt nạ quang khắc 42

Hình 3.2 Cấu tạo mặt nạ, hình ảnh trên mặt nạ được thiết kế tùy theo việc sử dụng cảm quang âm hay dương 42

Hình 3.3 Quy trình thiết kế và chế tạo mặt nạ cho cảm biến QCM 43

Hình 3.4 Quá trình quang khắc đối với lớp cảm quang dương và cảm quang âm 44

Hình 3.5 Các phương pháp in ảnh lên lớp cảm quang 45

Hình 3.6 Những sai hỏng trong quá trình phủ cảm quang 48

Hình 3.7 Tương quan giữa thời gian chiếu sáng và bề dày cảm quang 49

Hình 3.8 Quy trình quang khắc chế tạo cảm biến QCM 50

Hình 3.9 Quy trình chế tạo điện cực 54

Hình 3.10 Mặt trước và mặt sau và mặt cắt của cảm biến QCM 55

Hình 3.11 Bộ mặt nạ cảm biến QCM 56

Hình 3.12 Hình ảnh lớp cảm quang quan sát dưới kính hiển vi 5x 61

Hình 3.13 Hình ảnh cấu trúc của hai mặt wafer sau khi tẩy Cr 62

Hình 3.14 Lớp màng mỏng vàng trên mặt wafer sau khi bốc bay 63

Hình 3.15 Mặt wafer trước và sau khi lift-off (loại bỏ lớp cảm quang còn lại) 64

Hình 3.16 Các điện cực trên một mặt sau khi tẩy Cr 64

Hình 3.17 Wafer sau khi chế tạo được cố định lên một tấm keo dính 65

Hình 3.18 Wafer sau khi cắt đưa vào máy chiếu UV 66

Hình 3.19 Các cảm biến QCM hoàn chỉnh 67

Hình 3.20 Quy trình chế tạo cải tiến 67

Hình 3.21 Bộ mặt nạ cảm biến QCM trong phương pháp chế tạo mới 68

Hình 3.22 Phủ kim loại Titan và Vàng lên 2 mặt wafer 69

Hình 3.23 Quy trình quang khắc 69

Hình 3.24 Mặt wafer trước và sau khi ăn mòn lớp vàng 70

Hình 4.1 Ảnh AFM bề mặt của điện cực linh kiện QCM 72

Hình 4.2 Cảm biến chế tạo bằng phương pháp cũ 73

Hình 4.3 Cảm biến chế tạo bằng phương pháp mới 74

Hình 4.4 Thiết bị đo 43961 A Network Analyzer 74

Hình 4.5 Linh kiện QCM thứ nhất 75

Hình 4.6 Linh kiện QCM thứ hai 75

Hình 4.7 Phân bố góc pha của linh kiện QCM 76

Hình 4.8 Tần số cộng hưởng nối tiếp và song song của mẫu cảm biến 1 79

Hình 4.9 Tần số cộng hưởng nối tiếp và song song của mẫu cảm biến2 79

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Thông số vật lý tinh thể thạch anh 14

Bảng 1-2 Các tham số ảnh hưởng đến tần số cảm biến QCM 25

Bảng 2-1 Thông số vật lý của tinh thể thạch anh 30

Bảng 2-2 Các thông số khối lượng và bề dày màng lắng đọng 32

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật của cảm biến QCM 39

Bảng 3-2 So sánh 3 phương pháp trong quá trình in ảnh 46

Bảng 3-3 Sự cố thường gặp trong quá trình tạo lớp cảm quang 47

Bảng 3-4 Thông số chế tạo mặt nạ cảm biến QCM 56

Bảng 4-1 Tần số cộng hưởng song song, tần số cộng hưởng nối tiếp của QCM theo phương pháp cũ 75

Bảng 4-2 Tần số cộng hưởng song song, tần số cộng hưởng nối tiếp của QCM chế tạo theo phương pháp mới 79

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

QCM: Quartz Crystal Microbalance (Vi cân tinh thể thạch anh) MEMS: Micro-Electronic-Mechanical-System (Hệ thống vi cơ điện tử) AFM : Atomic Force Microscope (Kính hiển vi lực nguyên tử) TEM: Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) XRD: X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

PBVD: Butterworth-Van Dyke (Mạch điện Butterworth-Van Dyke)

MỞ ĐẦU

Trong tự nhiên luôn luôn tồn tại các đại lượng vật lý, hóa học, sinh học… mà con người có thể cảm nhận một cách trực tiếp hay gián tiếp như nhiệt độ, áp suất, phản ứng hóa học, sinh học… Tuy nhiên những cảm nhận này thường chỉ dừng ở mức định tính mà khó có thể định lượng một cách chính xác và đây là điều mong mỏi của con người Chúng ta thường muốn biết một cách chính xác các đại lượng vật lý, hóa học, sinh học… để có thể sử dụng một cách tối ưu nhất Chính vì thế các loại cảm biến ra đời, biến đổi các đại lượng không mang tín hiệu điện thành các loại tín hiệu điện để có thể đo đạc và xử lý một cách chính xác Những tín hiệu này sau đó được xử lý và đưa ra kết quả trực tiếp hay gián tiếp, giúp con người biết chính xác định tính, định lượng của đại lượng vật lý, hóa học, sinh học… mà chúng ta quan tâm Ngày nay lĩnh vực cảm biến đã đạt được nhiều thành tựu to lớn và vẫn không ngừng phát triển một cách mạnh mẽ Ngành công nghệ vật liệu và kỹ thuật điện tử thế giới đã có những phát triển vượt bậc và tạo ra những loại vật liệu mới góp phần làm cho kỹ thuật chế tạo cảm biến ngày càng đa dạng và đạt độ chính xác cao Đặc biệt vào những năm 1960s, ngành công nghệ vi cơ với kích thước micro và dưới micro đã được phát triển một cách mạnh mẽ Các loại cảm biến vi cơ điện tử MEMS(Micro Electronic Mechanical Systems) đã được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như cảm biến nhiệt điện, áp suất, quang điện, điện hóa hay cảm biến sinh học…[1]

Hiện nay ngành công nghiệp và dân dụng đã đạt được mức độ tự động hóa rất cao một phần nhờ vào việc chế tạo thành công các loại cảm biến có thời gian đáp ứng nhanh gần như tức thời, độ chính xác cao và giá thành giảm giúp cho việc trang bị hệ thống tự động ngày càng dễ dàng hơn Các loại cảm biến đang được rất nhiều trường, viện và các công ty tiếp tục nghiên cứu nhằm tạo ra các chủng loại cảm biến mới hay nhằm tối ưu hóa các loại cảm biến hiện có trên thị trường và mang lại rất nhiều hứa hẹn trong tương lai rất gần Đặc biệt trong lĩnh vực sinh học, y học thì cảm biến có tầm quan trọng rất lớn Giúp con người nhanh chóng phát hiện ra những hiện tượng, những nguồn vi khuẩn, vi rút, nguồn bệnh một cách nhanh chóng và chính xác, góp phần ngăn chặn dịch bệnh hay điều trị một cách kịp thời Trước

đây, việc xác định nồng độ vi khuẩn, vi rút hay nguồn bệnh có thể mất từ vài giờ đến vài chục giờ thì ngày nay việc xác dịnh đó đã được rút ngắn lại, cần ít thời gian và tiền bạc hơn, nhanh chóng và chính xác hơn Đảm bảo việc chẩn đoán, chữa trị và cách ly nguồn bệnh một cách cấp bách, kịp thời [2]

Hiệu ứng áp điện của tinh thể đã được Jacques và Pierre Curie phát hiện vào năm 1880[3-7] Từ đó đến nay đã có nhiều nghiên cứu sử dụng hiệu ứng này trong việc chế tạo cảm biến như là cảm biến siêu âm Tuy nhiên cảm biến vi cân tinh thể thạch anh QCM sử dụng hiệu ứng ngược lại của vật liệu áp điện để xác định một cách chính xác sự thay đổi khối lượng của tấm tinh thể thạch anh và chỉ mới được phát hiện vào những năm 1990s Với độ chính xác cao cỡ picrogram và thời gian đáp ứng cực nhanh(real time) giúp cho cảm biến này càng được tập trung nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Riêng trong lĩnh vực y sinh học thì cảm biến QCM được sử dụng chuẩn đoán bệnh sớm, giải mã gen, ảnh hưởng chuyển gen lên sự phát triển của thực vật cũng như môi trường sống, hoặc ảnh hưởng của một số chủng virus gây bệnh lên cơ thể sống, khảo sát nồng độ vi khuẩn trong vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, trong nguồn nước nhằm cách ly hoặc tiêu hủy kịp thời nguồn lây bệnh Cảm biến QCM đang được nhiều trường viện trên thế giới tập trung nghiên cứu và mang lại nhiều hứa hẹn nhờ tính đa năng, tiện dụng, phương pháp chế tạo đơn giản cũng như giá thành là một số điểm thuận lợi để chế tạo và ứng dụng rộng rãi loại cảm biến này

Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo cảm biến QCM vẫn chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các đơn vị nghiên cứu vì việc chế tạo yêu cầu kiến thức liên ngành từ vật lý, điện tử hóa học cho đến công nghệ vật liệu Đặc biệt việc chế tạo đòi hỏi những thiết bị chuyên dụng hiện đại cho ngành chế tạo vi cơ có độ chính xác rất cao, giá thành lớn là một trở ngại cho việc nghiên cứu, chế tạo tại Việt Nam

CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN QCM

1.1.1 Khái niệm

Cảm biến là một linh kiện dùng để cảm nhận và biến đổi một đại lượng vât lý hay một đại lượng không có tính chất điện thành các tín hiệu điện mà có thể đo đạc, xử lý một cách dễ dàng.[2]

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm… tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) là hàm đại lượng cần đo (m):[8]

s=f(m) Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích có nguồn gốc là đại lượng cần đo Thông qua đo đạc (s) cho biết giá trị của (m)

1.1.2 Phân loại cảm biến

Hiện nay phương pháp phân loại cảm biến vẫn chưa đạt được sự nhất quán và các bộ cảm biến chủ yếu được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:[1, 2, 9] Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích

Về mặt tín hiệu có thể đưa ra được 6 loại tín hiệu như sau: Bức xạ

Cơ học

Nhiệt Điện

Từ Hóa Dựa vào mặt tín hiệu, có thể đưa ra được ma trận 6x6 là tín hiệu ngõ vào và ngõ ra Ví dụ như cảm biến điện-cơ hay cơ-điện, cảm biến nhiệt-điện, cảm biến điện từ…

Phân loại theo số lượng được đo lường

Phân loại theo ứng dụng: cảm biến đƣợc phân loại theo 10 lĩnh vực khác nhau:

Âm học Sinh học Hóa học Điện học Từ học

Cơ học Quang học Bức xạ Nhiệt học Các lãnh vực khác Ngoài ra cảm biến còn đƣợc phân loại là cảm biến tích cực hay cảm biến thụ

động trong đó cảm biến tích cực là loại cảm biến có thể tạo ra tín hiệu điện mà không cần nguồn nuôi nhƣ là cặp nhiệt điện, pin quang điện, pin mặt trời…Cảm biến thụ động là loại cảm biến hoạt động cần một nguồn nuôi Nó hoạt động bằng cách điều biến điện áp hoặc dòng điện và cho ra tín hiệu điện phù hợp

1.1.3 Đặc trưng cơ bản của cảm biến

Mỗi cảm biến có những đặc tính hoạt động khác nhau Tuy nhiên mỗi loại cảm biến đều có những đặc tính chung như sau:

Hàm truyền đạt Hàm truyền chỉ ra mối quan hệ hàm giữa tín hiệu vật lý ngõ vào với tín hiệu điện ngõ ra và thường được đưa ra dưới dạng đồ thị tương quan giữa ngõ vào và ngõ ra

Độ nhạy Độ nhạy của cảm biến được xác định như là sự cảm nhận nhỏ nhất các kích thích vật lý đầu vào làm thay đổi tín hiệu điện đầu ra của cảm biến

Với một cảm biến tuyến tính, sự biến thiên đầu ra ∆s và biến thiên đầu ra ∆m có sự liện hệ như sau

Sai số và độ chính xác Các bộ cảm biến cũng như các bộ đo lường khác ngoài ngoài đại lượng cần đo còn chịu sự tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực tế Với mỗi cảm biến thường có 2 nguyên nhân gây nên sai số là sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Độ trễ Là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá khả năng theo kịp về thời gian của đại lượng đầu ra khi đại lượng đầu vào biến thiên

Độ tuyến tính Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải hoạt động nào đó nếu độ nhạy trong dải đó không phụ thuộc vào đại lượng đo

1.2.1 Phương pháp chế tạo truyền thống

Phương pháp chế tạo truyền thống là các quá trình chế tạo được sử dụng và phát triển lâu đời Ở đây mỗi chi tiết thường được chế tạo bằng các quá trình lấy đi lượng vật liệu bằng phương pháp cơ học như phay, tiện, khoan hay mài hoặc bằng các quá trình thêm vào như đúc khuôn, mạ điện, ép phun… Phương pháp chế tạo truyền thống tạo ra sản phẩm bị giới hạn bởi kích thước tới hạn của dụng cụ sử dụng Phương pháp chế tạo truyền thống hiện nay đã phát triển mạnh mẽ và có khả năng tạo ra sản phẩm với độ chính xác cỡ micromet nhờ vào sự phát triển của thiết bị máy công cụ có sự giám sát và điều khiển của hệ thống máy tính, CNC (Computer number control).[10]

1.2.2 Phương pháp chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện tử- MEMS

Phương pháp chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện tử được phát triển và sử dụng trong từ những năm 1960 Cho đến ngày nay công nghệ chế tạo này đã tạo ra những cấu trúc phức tạp có kích thước cỡ dưới micromet đến nanomet Theo quy luật More đối với ngành công nghiệp bán dẫn thì và kích thước này cứ 18 tháng lại giảm đi một phần hai Một số hãng điện tử lớn như AMD, Intel, IBM đang triển khai thương mại chip điện tử trên nền công nghệ 22nm và nghiên cứu việc chế tạo các loại chip điện tử thế hệ mới trên nền công nghệ 11nm Với việc giảm kích thước những linh kiện bán dẫn sẽ tạo ra những bộ vi xử lý tốc độ cao và tiêu thụ điện năng thấp hơn rất nhiều so với một số bộ vi xử lý cách đây chỉ vài năm

Kỹ thuật chế tạo vi cơ cũng bao gồm các quá trình tạo thành những lớp vật liệu vô cùng nhỏ bằng những phương pháp như tạo màng mỏng bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học, bốc bay hay phún xạ vật liệu, kết hợp với quá trình lấy đi lớp vật liệu như ăn mòn hóa học, ăn mòn bằng chùm tia điện tử, khắc bằng laser hay bằng chùm tia Ion…[2, 10-17]

Trong kỹ thuật chế tạo vi cơ, người ta có thể chia thành 3 phương pháp chế tạo khác nhau:

Công nghệ vi cơ khối (Bulk Micromachining) Công nghệ vi cơ bề mặt (Surface Micromachining) Công nghệ Liga (Lithographie Galvanoformung Abformung)

Công nghệ vi cơ khối là công nghệ tạo vi cấu trúc bằng cách gia công khối vật liệu và liên kết các khối vật liệu lại với nhau để tạo ra một cấu trúc đồng nhất nhờ vào tốc độ ăn mòn khác nhau trên các mặt của tinh thể Phương pháp để tạo vi cấu trúc dùng trong công nghệ vi cơ khối là phương pháp ăn mòn ướt (ăn mòn đẳng hướng, ăn mòn dị hướng) hoặc phương pháp ăn mòn khô (ăn mòn nhờ phản ứng ion, ăn mòn bằng plasma) Cấu trúc sau khi được tạo thành sẽ được liên kết lại với nhau có thể bằng phương pháp nóng chảy mối nối hoặc dán bằng empoxy dẫn điện và tạo ra một cấu trúc đồng nhất hay những bộ phận có thể dịch chuyển với kích thước cực kỳ nhỏ như động cơ, màng rung hay thanh dầm giao động…kích thước chỉ vào trên dưới micromet

Hình 1.1 Cấu trúc và quy trình chế tạo bằng phương pháp vi cơ khối

Công nghệ này liên quan đến quá trình tạo các lớp vật liệu mỏng với cấu trúc khác nhau trên vật liệu đế Có hai loại lớp vật liệu khác nhau được sử dụng để phủ lên bề mặt đế là lớp vật liệu "hi sinh" (sacrifical layer) và lớp vật liệu tạo cấu trúc Lớp vật liệu hi sinh là lớp vật liệu được phủ lên bề mặt theo hình dạng của cấu trúc cần chế tạo và nó sẽ bị loại bỏ trong quá trình tạo cấu trúc Lớp vật liệu tạo cấu trúc sẽ được phủ lên lớp vật liệu “hi sinh” và chúng không phản ứng với các chất ăn mòn sử dụng để tạo cấu trúc.[12]

Hình 1.2 Quy trình chế tạo bằng phương pháp vi cơ bề mặt

LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung) được hiểu là quy trình công nghệ vi đúc Khuôn đúc được chế tạo bởi một lớp cảm quang rất dày sẽ được phủ lên trên bề mặt wafer, sau đó được chiếu thông qua mặt nạ để tạo hình Sau khi loại bỏ lớp cảm quang này thì lớp kim loại sẽ được tạo thành bằng nhiều phương pháp khác nhau như bốc bay, phún xạ hay mạ điện… tạo ra những vi cấu trúc mong muốn Quy trình này có thể được sử dụng cho quá trình sản xuất các vi cấu trúc 3D, các loại động cơ hay những vi cấu trúc chuyển động [14]

Hình 1.3 Quy trình chế tạo bằng phương pháp LIGA

1.3.1 Lược sử

Hiệu ứng áp điện đã được phát hiện ra vào năm 1988 do Jacques và Pierre Curie Một số vật liệu như là tinh thể thạch anh hay vật liệu PZT có đặc tính là khi một áp lực cơ học được tác động vào bề mặt tinh thể vật liệu áp điện sẽ làm cho vật liệu này bị biến dạng Khi đó trên 2 bề mặt đối diện của tấm vật liệu sẽ xuất hiện những điện tích trái dấu bằng nhau và làm xuất hiện một hiệu điện thế Độ biến dạng càng lớn thì điện thế này càng cao [4, 18, 19] Một năm sau đó, tính chất ngược lại của hiệu ứng áp điện cũng đã được tìm ra Khi đó với việc áp vào 2 bề mặt đối diện một hiệu điện thế thì tấm vật liệu cũng sẽ bị biến dạng

Vào năm 1917 hiệu ứng áp điện của tinh thể thạch anh được nghiên cứu và sử dụng làm bộ phát và thu sóng siêu âm trong nước và được sử dụng chủ yếu trong việc khảo sát độ sâu, hình dạng của đáy đại dương, sông hồ… Năm 1919 người ta đã sử dụng hiệu ứng áp điện trong việc chế tạo ra loa phóng thanh, microphones hay những linh kiện dùng để thu nhận âm thanh Đến năm 1921 bộ dao động thạch anh dựa trên hướng X-cut đã được chế tạo tuy nhiên bộ dao động này hoạt động không ổn định và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường Hiện nay hướng mặt cắt X-cut chỉ còn được sử dụng trong những lĩnh vực mà hệ số nhiệt không quá quan trọng như là những bộ chuyển đổi trong ngành vật lý không gian…[19-21]

Hướng cắt AT-cut được phát hiện vào năm 1934 với ưu điểm chính tần số dao động gần như không bị thay đổi bởi ảnh hưởng của nhiệt độ phòng Vì thế hướng cắt AT-cut được sử dụng trong tất cả các ứng dụng về kiểm soát, điều khiển tần số

Vào năm 1959, Sauerbrey đã chỉ ra một tính chất vô cùng quan trọng của tinh thể thạch anh đó là độ dịch chuyển tần số cộng hưởng của tinh thể thạch anh tỉ lệ với sự thay đổi khối lượng trên tinh thể thạch anh Với phát hiện này đã giúp chế tạo ra nhiều công cụ khác nhau trong việc xác định sự thay đổi rất nhỏ về mặt khối lượng bởi các hệ thống cân vi lượng được chế tạo với bộ cảm biến là tinh thể thạch anh

1.3.2 Tính chất vật liệu thạch anh

Thạch anh là một dạng tinh thể của silicon dioxide (Si02) trong suốt, cứng và dòn Mật độ là 2649kg/m3 và nhiệt độ nóng chảy là 15600C Khi thạch anh được gia nhiệt ở nhiệt độ 5730C thì nó sẽ thay đổi cấu trúc tinh thể Trạng thái ổn định trên nhiệt độ này được gọi là thạch anh beta và trạng thái ổn định dưới nhiệt độ này được gọi là thạch anh alpha Với những ứng dụng sử dụng tần số cộng hưởng thạch anh thì chỉ thạch anh alpha được sử dụng nhờ đặc tính giãn nở cơ học và hiệu ứng áp điện rất tốt Nguồn gốc hiện tượng áp điện của tinh thể -Quartz là do dịch chuyển của các ion Si4+ và O2- trong tinh thể khi có biến dạng

Hình 1.5 Tinh thể Si02 dưới tác động của điện trường

Ngoài ra với việc cắt thạch anh theo những hướng khác nhau sẽ xác định những mode hoạt động khác nhau của bộ dao động tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Với những góc cắt khác nhau so với trục quang học sẽ cho ra thạch anh X-cut, AT-cut, BT-cut, SC-cut, IT-cut và FC-cut [20]

Hình 1.6 Hình dạng và phương quang học của thạch anh

Thạch anh AT-cut được chế tạo bằng cách cắt lát cắt hợp với trục quang học một góc 35010’ và tinh thể AT-cut hoạt động bằng cách dao động theo mode trượt bề dày(Thickness Shear Mode) Mode dao động này cho ra tần số dao động không phụ thuộc vào nhiệt độ ở điều kiện nhiệt độ phòng

Hình 1.7 Biến dạng trượt bề dày(thickness shear mode) của thạch anh AT-cut

Thạch anh X-cut được cắt vuông góc với trục X và dao động theo mode co dãn theo hướng đặt điện cực

Thạch anh Y-cut được cắt vuông góc với trục y và có tính chất khi đặt ứng suất trượt sinh ra điện áp lớn và hệ số nhiệt dương

Một số mode dao động của thạch anh:

Hình 1.8 Mode dao động của một số loại tinh thể thạch anh

Tùy thuộc vào mỗi mode dao động của tinh thể thạch anh sẽ có nhiều ứng dụng khác nhau như chế tạo đầu thu phát siêu âm hay chế tạo cảm biến sinh học

Bảng 1-1 Thông số vật lý tinh thể thạch anh

1.3.3 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của cảm biến thạch anh QCM 1.3.3.1 Cấu trúc

Cảm biến QCM được chế tạo bởi một phiến thạch anh mỏng được cắt ra từ tinh thể thạch anh alpha Phiến thạch anh này sau đó được phủ 2 lớp kim loại lên 2 mặt để làm điện cực cảm biến Điện cực có thể làm bằng bất kỳ kim loại nào và bằng phương pháp nào, tuy nhiên để đạt độ chính xác cao về độ dày, độ đồng dạng và có độ dẫn điện tốt và ít bị tác động bởi môi trường thì điện cực thường được làm bằng vàng bởi các phương pháp hiện đại như là phún xạ hay bốc bay vật liệu [4, 6, 18, 19, 21-23]

1.3.3.2 Nguyên lý hoạt động

Khi áp vào 2 mặt của điện cực một dòng điện xoay chiều thì phiến thạch anh sẽ co dãn theo tần số điện xoay chiều Dưới tác dụng của dao động thạch anh sẽ tạo ra sóng siêu âm lan truyền dọc theo tinh thể và phản xạ trở lại tại bề mặt của tinh thể thạch anh Điều kiện sóng dừng được tạo ra khi bước sóng của sóng siêu âm bằng số chẵn lần bề dày của phiến thạch anh đó Tần số cộng hưởng của phiến thạch anh được xác định như sau:[24-29]

Trong đó: o f0 là tần số cộng hưởng của thạch anh, o ρq là mật độ của thạch anh bằng 2,648g/cm3 o μq là modul cắt của thạch anh bằng 2,947x1011g/(cms2), o hq là bề dày phiến thạch anh

Khi đó với mỗi tấm thạch anh có bề dày khác nhau sẽ có tần số cộng hưởng khác nhau Với cảm biến QCM thì tần số cộng hưởng thường từ 5MHz-100MHz tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác của cảm biến

Hình 1.9 Sự thay đổi tần số khi có vật liệu bám vào bề mặt điện cực cảm biến

(1.1)

Năm 1959, Sauerbrey đã nhận thấy ưu thế của công nghệ QCM và chứng minh được sự thay đổi tần số cộng hưởng của thiết bị này khi có một lượng chất hấp phụ trên bề mặt điện cực Lượng chất đó có thể coi như khối lượng cộng thêm vào tinh thể Quartz và làm tăng bề dày tinh thể lên d, dẫn tới thay đổi tần số cộng hưởng của QCM một khoảng f0:[19, 30, 31]

Ta có:

Từ (1.2), (1.3), (1.4) và (1.5), sử dụng vi phân hai vế suy ra:

2/

q

2/

q

Thạch anh mq

d

d

qm

Thạch anh mq

Hình 1.10 Tinh thể thạch anh và sóng trượt trong tinh thể khi áp điện

(1.3) (1.2)

(1.5) (1.4)

(1.6)

mmff 0

mvAff

qq

12 02

Amf

f

qq

212

0

)(

12

Trong đó:

f0 : là độ dịch tần số cần đo

f0 : là tần số dao động cơ bản của hộp cộng hưởng

m: là khối lượng thêm vào trên mỗi đơn vị diện tích (µg/cm2) A : là diện tích mỗi điện cực

cm 2f02/ qq: là hệ số nhạy khối lượng,

cmtỷ lệ với 2

0

f, do đó f0 tăng làm cm cũng tăng Với tần số f0 = 5,5 MHz thì cm = 6,85 (Hz/µg)

Phương trình Sauerbrey chỉ thực sự coi được gần đúng khi khối lượng chất hấp phụ nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng tinh thể, phân bố đồng đều, coi như hoàn toàn cố định trên điện cực và liên kết chặt mà không bị trượt Trong trường hợp không thỏa mẫn điều kiện này sử dụng phương trình kết hợp QCM trong dung môi nhớt của Gorden

Trong đó o ∆m là sự thay đổi khối lượng bám vào bề mặt phiến thạch anh o A là diện tích hữu dụng của 2 điện cực trên bề mặt thạch anh

(1.7)

(1.8)

(1.9)

(1.10)

o Với Cm tỉ lệ với tần số cơ bản của thạch anh f0

o Hằng số ( C0

m ) được xác định bởi tính chất của từng loại thạch anh Với thạch anh AT-cut ta có:

Đối với cảm biến QCM sử dụng có tần số 5Mhz, ta có

Đến năm 1980, Kanazawa mới phát hiện ra tinh thể thạch anh vẫn có thể kích thích để dao động ổn định khi nhúng ngập trong môi trường chất lỏng Ở đây có sự thay đổi tần số cộng hưởng là do sự lan truyền trong môi trường chất lỏng có mật độ và độ nhớt khác nhau theo công thức sau:[32]

Với :

o ρL là tỉ trọng của chất lỏng và o L là độ nhớt của chất lỏng đó Độ chính xác của việc thay đổi tần số tùy thuộc vào từng thiết bị xử lý tần số và có thể đạt tới độ chính xác vào cỡ 0.1Hz Khi đó cảm biến QCM có thể xác nhận sự thay đổi khối lượng vào cỡ microgram hay picrogram Chính vì vậy cảm biến QCM đang nhận được nhiều sự quan tâm và nghiên cứu của các tổ chức trong việc chế tạo ra những linh kiện mới có độ chính xác cao

Tính chất điện của cảm biến QCM được miêu tả bởi mô hình Butterworth van-Dyke(BVD) và được xem như một mạch giao động RLC như sau:[23]

(1.11)

(1.13)

(1.14)

(1.15)

Hình 1.11 Mô hình Butterworth van-Dyke

Từ đó tổng trở của mạch nối tiếp được đưa ra theo hàm phức dưới dạng:

Z=R + jX Mặt khác:

Với w là tần số góc Trong trường hợp mạch nối tiếp R1-L1-C1cộng hưởng tổng trở sẽ bằng R1 và X=0 Khi xuất hiện hiện tưởng cộng hưởng, độ lệch pha giữa dòng điện và điện thế sẽ bằng không

Bằng cách phân tích tổng trở của thạch anh, chúng ta có thể xác định được chính xác sự thay đổi của cảm biến khi có tải dựa vào tính chất vật lý của tải Với mạch có tải, sự thay đổi điện dung của cảm biến khi có tải không đáng kể và có thể bỏ qua theo mô hình như sau:

(1.16)

(1.18)

Hình 1.12 Mô hình BVD khi gắn tải lên trên bề mặt cảm biến

Dựa trên mô hình trên, trong trường hợp tổng quát, độ dẫn nạp của cảm biến có dạng như sau:

Trong đó ρs là tỉ trọng của loại vật liệu

Trở kháng đối với tinh thể thạch anh trong môi trường chất lỏng được đưa ra dựa theo công thức Newton

Với ηliq là độ nhớt của chất lỏng

(1.19)

(1.20)

(1.21)

(1.22)

1.3.4 Một số ứng dụng của cảm biến thạch anh QCM

Cảm biến QCM có độ nhạy rất cao và thời gian đáp ứng nhanh nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực có độ chính xác cao như là theo dõi quá trình tạo màng bốc bay vật liệu trong chân không, vi cân để xác định sự thay đổi khối lượng đến micro gram hay picrogram Trong công nghệ sinh học cảm biến QCM được sử dụng nhằm phân tích thành phần chất béo, phân tích AND hay xác định nồng độ chủng loại vi khuẩn trong thực phẩm và môi trường Cảm biến QCM cũng được chế tạo để xác định sự ô nhiễm môi trường bằng nhiều chủng loại cảm biến khí , lỏng khác nhau

1.3.4.1 Cảm biến khí

Nguyên lý cơ bản trong ứng dụng làm cảm biến khí của QCM là độ dịch tần số của QCM khi được phủ lên bề mặt điện cực một lớp hấp thụ khí Lớp hấp thụ này rất nhạy với mỗi loại khí cần xác định Khi có một lượng nhỏ khí bị hấp thụ sẽ làm khối lượng tăng vọt và làm thay đổi tần số cộng hưởng [33] Từ khi Carbon Nanotube ra đời đã giúp cho cảm biến khí được phát triển mạnh mẽ Cacbon nanotube đơn vách được phủ lên đế QCM để làm lớp nhạy khí Lượng khí trong môi trường được hấp thụ lên bề mặt tinh thể tăng vọt nhờ các ống cacbon nanotube có diện tích bề mặt lớn làm tăng độ nhạy của cảm biến và giúp cho việc xác định những loại khí độc có nồng độ thấp được dễ dàng Cảm biến khí có tác dụng rất lớn trong công nghiệp khi sớm phát hiện được những vụ rò rỉ khí độc hại cũng như được ứng dụng trong việc xác định mức độ ô nhiễm môi trường [27, 34, 35]

1.3.4.2 Cảm biến đo nồng độ và độ nhớt chất lỏng

Hấp thụ khí Điện cực vàng

Hình 1.13 QCM phủ cacbon nanotube (CNT)

Độ nhớt chất lỏng tác động rất nhiều đến cấu trúc chuyển động của thiết bị như mô tơ, bộ truyền động của động cơ, giúp động cơ tránh bị mài mòn do ma sát và giúp giải nhiệt động cơ Dựa vào công thức cộng hưởng của QCM trong dung dịch ta có thể dễ dàng xác định được độ nhớt của dung dịch và giúp người sử dụng đưa ra quyết định thay thế dung dịch bôi trơn đúng lúc và phù hợp Ngoài ra cảm biến đo độ nhớt cũng được ứng dụng nhiều trong những ngành chế tạo sơn, trong dược phẩm hay trong ngành thực phẩm.[5, 26, 36, 37]

1.3.4.3 Cảm biến đo tốc độ tạo màng

Đây là loại cảm biến được sử dụng rất nhiều trong việc chế tạo màng mỏng bằng các phương pháp bốc bay vật liệu hay phún xạ Cảm biến QCM được đặt cùng mức với phiến vật liệu cần được phủ kim loại Khi lớp kim loại được bốc bay và bám vào phiến vật liệu thì cũng đồng thời bám vào bề mặt cảm biến và cho biết chính xác được khối lượng bám vào Dựa vào khối lượng đó và dựa trên tham số diện tích bề mặt điện cực QCM sẽ dễ dàng cho biết bề dày của lớp vật liệu bám trên bề mặt và giúp người sử dụng điều khiển tốc độ cũng như quá trình tạo màng một cách linh hoạt, chính xác

1.3.4.4 Cảm biến sinh học

Trên bề mặt cảm biến QCM người ta gắn lên đó những loại kháng thể khác nhau Sau khi cho cảm biến tiếp xúc với môi trường chứa loại vi khuẩn hay vi rut thì các kháng thể sẽ bắt cặp với những loại vi rut hay vi khuẩn này [21, 23, 25, 27, 38-44]

Hình 1.14 Nguyên lý phản ứng của cặp kháng thể-kháng nguyên

Vấn đề lớn trong việc sử dụng cảm biến sinh học QCM là việc kết dính kháng thể lên bề mặt điện cực cảm biến Lực liện kết này thường rất yếu và cảm

biến hoạt động không chính xác Để tăng độ bám dính của các kháng thể đối với bề mặt cảm biến QCM, các hạt nano kim loại giống với vật liệu làm điện cực như nano vàng hay bạc sẽ được hòa tan vào dung dịch chứa kháng thể và liên kết với các kháng thể này Sau đó dung dịch trên được thổi bám lên bề mặt cảm biến Những hạt nano kim loại này sẽ tăng độ bám dính vào bề mặt điện cực và giúp cho cảm biến nhạy hơn cũng như hoạt động chính xác hơn.[36, 43, 45, 46]

Hình 1.15 Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học QCM

Dựa vào mức thay đổi khối lượng theo tần số cộng hưởng sẽ dễ dàng cho biết được nồng độ vi khuẩn trong dung dịch Cảm biến QCM đang mang lại nhiều hứa hẹn trong ngành công nghệ sinh học nhờ tính đáp ứng nhanh, chính xác Hơn nữa khả năng phát hiện mầm bệnh của cảm biến QCM rất rộng, từ việc xác định những chủng loại vi rut, vi khuẩn gây bệnh đến việc chẩn đoán sớm một số tác nhân gây ung thư có mức độ gây tử vong cao như ung thư tuyến tiền liệt, ung thư tử cung hay ung thư vú…

1.3.4.5 Cảm biến phát hiện DNA, RNA

Fewcett (1988) là người đầu tiên mô tả cảm biến áp điện sinh học kiểm tra DNA bằng cách gắn cố định các đầu thu là các chuỗi DNA đơn và kiểm tra sự thay đổi khối lượng khi có DNA tương ứng hấp thụ Phương pháp này bộc lộ nhiều ưu điểm trong việc phát hiện DNA và ngay lập tức nhận được sự hưởng ứng của rất nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới Hơn 11 năm sau đó, các nghiên cứu sâu hơn đã cho phép đo DNA/RNA trên đế Quartz Ito và cộng sự (1996) đã nghiên cứu tính khả thi của việc dùng QCM để kiểm tra phản ứng lai hoá DNA Aslanoglu và cộng sự (1998) đã hấp thụ DNA lên đế QCM và nghiên cứu liên kết phức tạp của nó [7, 8, 29, 36, 47, 48]

Hình 1.16 Nguyên lý hoạt động của cảm biến phát hiện DNA/RNA

Nguyên tắc của cảm biến phát hiện DNA dựa trên tính kết hợp chặt chẽ của chuỗi DNA xoắn kép Trên bề mặt tinh thể QCM ta cố định một nửa chuỗi xoắn kép (polynuclêôtit) của gen cần nghiên cứu Do cấu trúc đặc biệt của các deoxyribonucleic monophosphate, chúng chỉ liên kết duy nhất với một monophosphate khác, do đó DNA hấp thụ phải có trình tự phù hợp với DNA cố định trên tinh thể Khi đó, khối lượng vật chất trên bề mặt tinh thể tăng lên làm cho tần số cộng hưởng nối tiếp thay đổi Như vậy cảm biến QCM có thể phát hiện gen đặc trưng cần nghiên cứu của một loài riêng biệt một cách hoàn toàn chính xác

1.3.5 Các tham số ảnh hưởng đến cảm biến QCM

Tần số cơ bản của QCM phụ thuộc vào bề dày của phiến thạch anh Ngoài ra tần số này còn bị ảnh hưởng tỉ lệ nghịch với khối lượng vật liệu bám vào bề mặt điện cực, với sự thay đổi độ nhớt của dung dịch và độ nhám của bề mặt các điện cực [7, 20, 28]