Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cảm biến QCM dựa trên hiệu ứng áp điện của tinh thể thạch anh

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG HỮU LÝ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN QCM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN CỦA TINH THỂ THẠCH ANH CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 60.44.17 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG HỮU LÝ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN QCM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN CỦA TINH THỂ THẠCH ANH CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 60.44.17 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN T.S DƢƠNG MINH TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : T.S Dương Minh Tâm Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 11 tháng 09 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc BỘ MÔN VẬT LÝ KỸ THUẬT -oOo Tp HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trƣơng 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 hoạt động cảm biến QCM Matlab Thiết kế mặt nạ sử dụng cho việc chế tạo cảm biến QCM Sử dụng công nghệ MEMS chế tạo sản phẩm QCM tần số MHz 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 HƢỚNG DẪN: T.S Dƣơng Minh Tâm Nội dung đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN ! Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Dương Minh Tâm, người thầy tận tụy tận tình bảo, định hướng khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Vật lý kỹ thuật trường Đại học Bách Khoa TP.HCM cung cấp cho kiến thức chuyên môn quý báu, lời khuyên hữu ích hết 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 hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu triển khai - Khu Công nghệ cao TP.HCM cộng Trung tâm nghiên cứu & Đào tạo thiết kế vi mạch – ICDREC thuộc Đại học quốc gia TP.HCM chung tay tơi hồn thành luận văn TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ MEMS (Micro - Electro - Mechanical - Systems) hệ thống tích hợp thành phần vi cơ, điện tử để tạo chuyển đổi, truyền động hay cảm biến… Bằng kỹ thuật vi chế tạo sử dụng phương pháp ăn mòn phủ lớp vật liệu lên phiến đế ban đầu với độ xác cao cho cấu trúc có kích thước kích cỡ micromet Cảm biến sinh học QCM tần số 5MHz chế tạo dựa công nghệ MEMS từ phiến đế 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 cải tiến, rút gọn quy trình cịn 11 bước bỏ bớt vật liệu Crom quy trình chế tạo Cảm biến QCM tạo theo phương pháp có hệ số phẩm chất cao hơn, độ ổn định tốt so với cảm biến chế tạo theo phương pháp cũ ABSTRACTS 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 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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu, tổng kết từ lý thuyết, từ nguồn kiến thức khoa học, từ trình nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn Luận văn hoàn thành hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Dương Minh Tâm hỗ trợ thành viên nhóm nghiên cứu Trung tâm nghiên cứu triển khai khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh Trung tâm phát triển vi mạch ICDREC Các số liệu, mơ hình tốn kết luận văn trung thực, bảo vệ công nhận “ 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, xin khẳng định trung thực lời cam kết TP HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Người cam đoan Trương Hữu Lý i Luận văn thạc sĩ VLKT MỤC LỤC MỤC LỤC………… i DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU………… CHƢƠNG TÍNH CHẤT VẬT LIỆU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN QCM 1.1 Khái niệm cảm biến-Phân loại cảm biến 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại cảm biến 1.1.3 Đặc trƣng cảm biến 1.2 Phƣơng pháp chế tạo cảm biến 1.2.1 Phƣơng pháp chế tạo truyền thống 1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo dựa công nghệ vi điện tử- MEMS 1.3 Tính chất cảm biến QCM 10 1.3.1 Lƣợc sử 10 1.3.2 Tính chất vật liệu thạch anh 11 1.3.3 Cấu trúc nguyên lý hoạt động cảm biến thạch anh QCM 14 1.3.4 Một số ứng dụng cảm biến thạch anh QCM 21 1.3.5 Các tham số ảnh hƣởng đến cảm biến QCM 24 CHƢƠNG MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN QCM 26 Trƣơng Hữu Lý ii Luận văn thạc sĩ VLKT 2.1 Cơ sở lý thuyết 26 2.2 Mô dao động cảm biến QCM không tải 29 2.3 Mơ dao động cảm biến QCM có tải 32 2.4 Kết luận 37 CHƢƠNG 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 Phƣơng pháp chế tạo chuẩn 55 3.2.2 Phƣơng pháp chế tạo 67 3.3 Khảo sát kết sản phẩm tạo thành 71 CHƢƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 72 4.1 Tính chất điện cực 72 4.1.1 Độ bám dính 72 4.1.2 Độ phẳng 72 4.1.3 Bề dày điện cực 73 4.1.4 Độ sắc nét 73 4.2 4.2.1 Tính chất cảm biến QCM 74 Kết khảo sát cảm biến chế tạo phƣơng pháp cũ 75 Trƣơng Hữu Lý 87 Luận văn thạc sĩ VLKT microbalance in flow injection immunoassay Biosensors and Bioelectronics 2003 18: p 937- 942 52 Vives, A.A., Interface Electronic Systems for AT-Cut QCM Sensors: A comprehensive review, in Piezoelectric tranducers and applications 2008, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 53 Hua He, Q.X., Youyu Zhang, Shouzhuo Yao, A simultaneous electrochemical impedance and quartz crystal microbalance study on antihuman immunoglobulin G adsorption and human immunoglobulin G reaction J Biochem Biophys Method, 2005 62: p 191-205 54 Mats J onsson, H.A., Ulf Lindberg, Teodor Aastrup, Quartz crystal microbalance biosensor design II Simulation of sample transport Sensors and Actuators B, 2007 123: p 21-26 55 Mats Jă onsson, H.A., Ulf Lindberg, Teodor Aastrup, Quartz crystal microbalance biosensor design II Simulation of sample transport Sensors and Actuators 2007 B 123: p 21-26 56 Christian Koch, T.J.R., Lithography Theory and Applications of Photoresits, Developers, Solvents and Etchans 2007, Microchemicals 57 Gulnara Safina, M.v.L., Bengt Danielsson, Flow-injection assay of the pathogenic bacteria using lectin-based quartz crystal microbalance biosensor Talanta 2008 77: p 468-472 58 Xia Chu, Z.-L.Z., Guo-Li Shen, Ru-Qin Yu, Quartz crystal microbalance immunoassay with dendritic amplification using colloidal gold immunocomplex Sensors and Actuators B 2006 114: p 696-704 59 Yann Ratieuville, P.V., Jean Alexandre, Gerard Durand, A new electrochemical cell adapted to quartz crystal microbalance measurements Electrochemistry Communications 2000 2: p 839-844 60 Franssila, S., Introduction to Microfabrication 2004: John Wiley & Sons Ltd Trƣơng Hữu Lý 88 Luận văn thạc sĩ VLKT PHỤ LỤC: CHƢƠNG TRÌNH MATLAB MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG QCM % BAI TOAN XAC DINH TINH CHAT HOAT DONG CUA QCM TRONG MOI TRUONG CHAT LONG eQ=9.53e-2; %Hang so ap dien cua tinh the thach anh (s.m^-2) i=(-1)^.5; epQ=3.982e-11; % Hang so dien moi cua thach anh (s^4.kg^-1.m^-3) I=1:1:100000; f=((I-1)*10)+4.3e06; % Su thay doi tan so theo buoc tang Hz w=2*pi.*f; % Tan so goc (Rad*s^-1) %roQ=2.649e3; roQ=2.649e3; % Khoi luong rieng (kg.m^-3) %cq=29.24e9; cq=2.947e10; % Modul truot cua tinh the thach anh (N/m^2,Pa) nQ=9.2475e-3; % Dac tinh nhot cua tinh the thach anh(kg.m^-1.s^-1) cQ=cq+(eQ/epQ)+i.*w.*nQ; kQ=w.*sqrt(roQ./cQ); lQ=0.34600e-3; % Be day cua tinh the thach anh (m) M1=100e-6; % Khoi luong (0.1g/cm2) M2=500e-6; % Khoi luong 2(0.5g/cm2) M3=1000e-6; % Khoi luong 3(1g/cm2) M4=2000e-6; %Khoi luong 4(2g/cm2) M5=4000e-6; %Khoi luong 5(4g/cm2) ro2=1.063e3; % Khoi luong rieng cua dien cuc(kg/m^3) U2=158489319; % Modul truot cua dien cuc (du tru, G')(N/m^2,Pa) n2=52.839; % Do nhot (Ton hao, G"/omega) cua dien cuc(kg.m^- 1.s^-1) ro1=2.649e3; (quartz)(kg/m^3) Trƣơng Hữu Lý % Khoi luong rieng cua dien cuc phu 89 Luận văn thạc sĩ VLKT U1=2.947e10; % Modul truot cua dien cuc phu (quartz)(N/m^2,Pa) n1=nQ; % Do nhot cua lop phu (quartz)(kg.m^-1.s^- 1)ep1=0.01*M1/(ro1*0.001); %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep1=0.01*M1/(ro1*0.001); %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep2=0.01*M1/(ro2*0.001); %Be day cua khoi thuc te (m) ep3=0.01*M2/(ro1*0.001); %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep4=0.01*M2/(ro2*0.001) %Be day cua khoi thuc te(m) ep5=0.01*M3/(ro1*0.001) %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep6=0.01*M3/(ro2*0.001) %Be day cua khoi thuc te(m) ep7=0.01*M4/(ro1*0.001) %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep8=0.01*M4/(ro2*0.001) %Be day cua khoi thuc te(m) ep9=0.01*M5/(ro1*0.001) %Be day cua khoi ly tuong(quartz)(m) ep10=0.01*M5/(ro2*0.001) %Be day cua khoi thuc te(m) %1,1 for ep=ep1; % Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1; % Khoi luong rieng cua lop phu U=U1; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n1; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; A=-fi.*(1./(a+b.*d)); Trƣơng Hữu Lý %Dien ap xoay chieu kich thich 90 Luận văn thạc sĩ VLKT B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; % Mat dong admit=J./(2*(fi)); % Do dan nap Z1=abs(admit); Y1=180/pi.*angle(admit); % Goc pha cac bac end %2,2 for ep=ep2; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U2; %Modul truot cua lp phu %cq=2.947e10 n=n2; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap xoay chieu kich thich A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); Trƣơng Hữu Lý 91 Luận văn thạc sĩ VLKT E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z2=abs(admit); Y2=180/pi.*angle(admit); %Goc pha cac bac end %3,1 for ep=ep3; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U1; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n1; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap xoay chieu kich thich A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); Trƣơng Hữu Lý 92 Luận văn thạc sĩ VLKT J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong dien admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z3=abs(admit); Y3=180/pi.*angle(admit); %Goc pha cac bac end %4,2 for ep=ep4; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U2; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n2; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u);b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; % Dien ap xoay chieu kich thich A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong dien admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z4=abs(admit); Y4=180/pi.*angle(admit); Trƣơng Hữu Lý %Goc pha cac bac 93 Luận văn thạc sĩ VLKT end %5,1 for ep=ep5; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U1; % Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n1; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); % Do dan nap Z5=abs(admit); Y5=180/pi.*angle(admit); %Goc pha cac bac end %6,2 for ep=ep6; Trƣơng Hữu Lý %Be day cua lop phu 94 Luận văn thạc sĩ VLKT a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U2; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n2; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z6=abs(admit); Y6=180/pi.*angle(admit); %Goc pha cac bac end %7,1 for ep=ep7; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U1; %Modul truot cua lop phu Trƣơng Hữu Lý 95 Luận văn thạc sĩ VLKT %cq=2.947e10 n=n1; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z7=abs(admit); Y7=180/pi.*angle(admit); %Goc pha theo cac bac end %8,2 for ep=ep8; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U2; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n2; %nQ=9.2475e-3 Trƣơng Hữu Lý %Do nhot cua lop phu 96 Luận văn thạc sĩ VLKT u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z8=abs(admit); Y8=180/pi.*angle(admit); %Goc pha theo cac bac end %9,1 for ep=ep9; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U1; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n1; %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); Trƣơng Hữu Lý %Do nhot cua lop phu 97 Luận văn thạc sĩ VLKT b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z9=abs(admit); Y9=180/pi.*angle(admit); %Goc pha theo cac bac end %10,2 for ep=ep10; %Be day cua lop phu a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2; %Khoi luong rieng cua lop phu U=U2; %Modul truot cua lop phu %cq=2.947e10 n=n2; %Do nhot cua lop phu %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1-exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); Trƣơng Hữu Lý 98 Luận văn thạc sĩ VLKT d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=2; %Dien ap kich thich xoay chieu A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E; %Mat dong admit=J./(2*(fi)); %Do dan nap Z10=abs(admit); Y10=180/pi.*angle(admit); %Goc pha theo cac bac end figure(1) plot(real(admit),imag(admit),'o'); %Do thi dan nap ca phan thuc va phan ao title('Do thi dan nap cua cam bien QCM' ) xlabel('Phan thuc dan QCM') ylabel('Phan ao dan QCM') figure(2) plot(f,Y1,'k-',f,Y2,'ro:',f,Y3,'k-',f,Y4,'gx:',f,Y5,'k-',f,Y6,'bo:',f,Y7,'k',f,Y8,'cx:',f,Y9,'k-',f,Y10,'yo:')%Do thi cua goc pha title('Do thi goc pha cua cam bien QCM' ) xlabel('Tan so (Hz)') ylabel('Goc pha (do)') figure(3) semilogy(f,Z1,'k-',f,Z2,'ro:',f,Z3,'k-',f,Z4,'gx:',f,Z5,'k-',f,Z6,'bo:',f,Z7,'k',f,Z8,'cx:',f,Z9,'k-',f,Z10,'yo:') %Do thi cua dan nap title('Do thi dan nap cua cam bien QCM theo tan so' ) xlabel('Tan so (Hz') Trƣơng Hữu Lý 99 Luận văn thạc sĩ VLKT ylabel('Do dan nap (Y)') [K1,p]=max(Z1) f1=((p-1)*10)+4.8e06 [K2,p]=max(Z2); f2=((p-1)*10)+4.8e06 corr1=(5000000-f2)/(5000000-f1) [K3,p]=max(Z3); f3=((p-1)*10)+4.8e06 [K4,p]=max(Z4); f4=((p-1)*10)+4.8e06 corr2=(5000000-f4)/(5000000-f3) [K5,p]=max(Z5); f5=((p-1)*10)+4.8e06 [K6,p]=max(Z6); f6=((p-1)*10)+4.8e06 corr3=(5000000-f6)/(5000000-f5) [K7,p]=max(Z7); f7=((p-1)*10)+4.8e06 [K8,p]=max(Z8); f8=((p-1)*10)+4.8e06 corr4=(5000000-f8)/(5000000-f7) [K9,p]=max(Z9); f9=((p-1)*10)+4.8e06 [K10,p]=max(Z10); f10=((p-1)*10)+4.8e06 corr5=(5000000-f10)/(5000000-f9) figure(4) plot(ep2*1e6,corr1,'ro:',ep4*1e6,corr2,'go:',ep6*1e6,corr3,'bo:',ep8*1e6,corr4,'c o:',ep10*1e6,corr5,'yo:'); title('He so hieu chinh thuc te so voi ly thuyet Sauerbrey ' ) Trƣơng Hữu Lý 100 Luận văn thạc sĩ VLKT xlabel('Do day mang (um)') ylabel('He so hieu chinh') Trƣơng Hữu Lý 101 Luận văn thạc sĩ VLKT PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên:Trương Hữu Lý Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1980 Nơi sinh: Nghệ An Địa liên lạc:154/23/29 đường Cống Lở, phường 15, quận Tân Bình, TP HCM Điện thoại: 0988 883 994 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1999-2005: Học đại học trường Đại học khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CÔNG TÁC 2005-2010: Trung tâm nghiên cứu triển khai khu công nghệ cao TP HCM 2010-2012: Công ty cổ phần điện tử, viễn thơng tự động hóa dầu khí PVTECH Trƣơng Hữu Lý ... 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 hoạt động cảm biến QCM Matlab Thiết kế mặt nạ sử dụng... TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG HỮU LÝ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN QCM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN CỦA TINH THỂ THẠCH ANH CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 60.44.17 LUẬN... cảm biến QCM không tải 29 2.3 Mô dao động cảm biến QCM có tải 32 2.4 Kết luận 37 CHƢƠNG CHẾ TẠO LINH KIỆN VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 38 3.1 Quy trình chế tạo cảm biến