Resonador sensor de masa: desarrollo y métodos de medición

 

Salvador Alcántara I.^1v, B. Susana Soto C.¹, Jesús Perez R.², S. Wilfrido Calleja A.³, Gabriel Romero-Paredes R.⁴, Margarita Galindo M.⁵, Miguel Duarte V.⁵

 

¹ CIDS-ICUAP. ^vsalvador@siu.buap.mx.

² CCADT-UNAM.

³ INAOE.

⁴ CINVESTAV-IPN.

⁵ FCE-BUAP.

 

Recibido: 29 de septiembre de 2009;
Aceptado: 29 de julio de 2010

 

Resumen

Un resonador mecánico tipo trampolín es una estructura sencilla con la que se logra la detección de masa a partir de cambios de frecuencia de resonancia. Es posible fabricar este tipo de detector con técnicas de microelectrónica, lo cual lo convierte en un potencial sensor para ser integrado con el circuito de acondicionamiento y ser usado en aplicaciones químicas o biológicas. El desempeño de estos sensores dependerá de sus dimensiones, del tipo de material, de la eficacia de excitación y de la exacta transducción de la amplitud de desplazamiento del resonador. En este trabajo se presenta el proceso para la obtención de trampolines de silicio de 100x20x15 μim, fabricados con tecnología planar y técnicas de micromaquinado en espesor. Se describe el método de caracterización de trampolines en frecuencia y amplitud mediante un programa y adquisición de datos en PC y un sensor de IR reflectivo, con resolución del orden de Hz y μm. Ambos métodos pueden ser útiles en las mediciones de los trampolines de silicio para la detección de masa de materiales depositados o adsorbidos en la superficie con resolución de μg.

Palabras Clave: Resonador; Trampolín; Resonancia; Sensor; Masa; Microelectrónica; Micromaquinado en espesor.

 

Abstract

The cantilevers are one of the most simple mechanical resonator structure used to detect a mass variations from its resonance frequency. In microelectronic field, is possible to fabricate this kind of detector with the whole electronic circuit on the same substrate, extending the applications even in biological and chemical environment. The performance of these sensors depends of its dimensions, material, excitation electronic stage, and displacement amplitude. In this work, we present the fabrication process to obtain a sensor with dimensions of 100x20x15 μm from silicon semiconductor technology and bulk micromachining techniques. Also, we describe the characterization method through a Matlab data acquisition system and IR sensors, in order to obtain the frequency resonance and amplitude of these cantilevers with resolutions of Hz and μm respectively. The results obtained show that the methods proposed are useful to detect mass variations from deposited films or adsorbed materials on these silicon cantilevers in orders to μg.

Keywords: resonator, Cantelever; Resonance; Sensor; Mass; Microelectronic; Bulk micromachining.

 

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Referencias

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