C ế tạ àỏ ZT bằ ươ qu ys gel
g 4.3 Gi ị i hử h P Tà PNZT.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ TẠO LINH KIỆN PIEZOMEMS
Cảm biến khối lượng hoạt động dựa trên sự thay đổi của tần số dao động cộng hưởng khi khối lượng của cấu tr c thay đổi đã được thực hiện lần đầu bởi tác giả W. H. King với linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (QCM) năm 1964 [231], nhằm để nhận biết các phân tử (ADN), phát hiện vi-r t và xác định khối lượng các hạt kích thước nano [214, 116, 215, 190]. Cảm biến khối lượng với cấu tr c thanh rung đã thu h t được sự quan tâm đáng kể trong thập k vừa qua, nhằm thu nhỏ kích thước của linh kiện và phát hiện các phân tử sinh học và đặc biệt là các phân tử gây bệnh với độ nhạy rất cao [96, 81]. Cảm biến thanh rung thường được chia thành hai loại: (1) dạng uốn cong (dạng t nh) và (2) dạng cộng hưởng tần số dao động (dạng động). Với cảm biến thanh rung dạng t nh, chất cần phân tích gắn lên trên bề mặt dẫn đến sự thay đổi ứng suất bề mặt và làm thay đổi hình dạng của thanh rung. Với cảm biến thanh rung dạng động, chất cần phân tích gắn lên trên bề mặt thanh rung sẽ gây ra sự dịch chuyển của tần số dao động cộng hưởng do sự thay đổi khối lượng của thanh rung.
Hình 5.1 là sơ đồ nguyên lý hoạt động của linh kiện cảm biến sinh học trên cơ sở thanh rung áp điện. Đầu tiên thanh rung áp điện sẽ được hoạt hĩa bằng lớp hoạt động bề mặt (màng đơn lớp tự lắp gh p, SAM). Chất chỉ thị sinh học sẽ tiếp tục được gắn trên bề mặt lớp SAM, tùy thuộc vào chất cần phân tích mà chất chỉ thị sẽ được lựa chọn phù hợp. Sau đĩ, chất/kháng thể cần phân tích sẽ được chọn lọc và gắn kết lên các vị trí cĩ gắn các chất chỉ thị tương ứng.
H h Q h g h ộ g i i h họ h h g i
Sơ đồ chế tạo linh kiện cảm biến trên cơ sở màng áp điện được trình bày trong hình 5.2. Linh kiện cảm biến được cấu tạo bao gồm phần gây dao động (màng áp điện nằm giữa hai
lớp điện cực) được gắn kết lên trên bề mặt thanh rung silic. Tần số cộng hưởng của thanh rung áp điện thường được xác định bằng phương pháp quang học với hai chế độ: chế độ đo khơng áp điện thế với dao động của thanh rung gây ra bởi sự giãn nở nhiệt và chế độ đo cĩ áp điện thế với dao động của thanh rung gây ra bởi sự dịch chuyển của lớp áp điện dưới tác động của điện áp ngồi đặt vào.
H h ( ) Q h h gi hầ ( g) g ộ g h h g ấ h h g i ( ) i h ấ h h g g h h ầ ộ g h g
Trong chương này, ch ng tơi tập trung nghiên cứu chế tạo các loại linh kiện cảm biến trên cơ sở thanh rung và màng chắn trên cơ sở màng áp điện PZT. Các kinh kiện cảm biến khối lượng với kích thước từ vài chục đến vài trăm micro-m t (µm) được chế tạo theo cơng nghệ vi cơ điện tử MEMS. Màng áp điện PZT được chế tạo bằng phương pháp quay phủ sol-gel trên đế SOI (cấu tr c của đế SOI gồm ba lớp: phía trên là lớp linh kiện silic dày 10 µm, lớp giữa là lớp cách điện SiO2 dày 2 µm và dưới cùng là lớp đế silic 400 µm). Ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ (như ảnh hưởng năng lượng trong quá trình ăn mịn khơ và nồng độ dung dịch acid trong quá trình ăn mịn ướt) trong quá trình chế tạo đến các tính chất sắt điện, áp điện và độ nhạy của linh kiện sẽ được đề cập. Độ nhạy và độ phát hiện tới hạn của thanh rung cảm biến phụ thuộc vào kích thước của linh kiện và các mode dao động cộng hưởng đã được khảo sát.
5.1 Ả ư ủ rì ă ị 5.1. Ă ị ệ