Cagliani, Alberto

Indenfor miljøovervågning er der en lang række af mulige anvendelsesområder for mikro-fabrikeret MEMS sensorer. For eksempel kan et netværk af miniaturiserede sensorer blive brugt til at detektere giftige gasser, skadelige luftbårne partikler, sprængstof i luften eller vand eller overvåge kvaliteten af drikkevand. Integrering af miniaturiserede MEMS masse sensorer i lab-on-a-chip systemer vil føre til point of care systemer, som er designet til at være billige, bærbare og klar til brug og som har en høj føsomhed og specicitet.En af de mest almindelige teknikker til at omdanne interaktionen mellem en sensor og dens kemiske analyt er ved at måle den masse som kontinuerligt bliver deponeret eller fjernet fra sensorens overflade, mens sensorstrukturen vibrerer ved dens resonans frekvens.Denne afhandling præsenterer udviklingen af en MEMS masse sensor, som er baseret på mekaniske mikro-resonatorer med meget høje resonans frekvenser, i området fra 12-132 MHz. Takket være den høje Q-faktor kan disse sensorer anvendes ved atmosfærisk tryk, hvor de viser en høj masse følsomhed og en meget lille masse opløselighed. Den eksisterende viden indenfor mikro-processering, i DyNEMS gruppen, er blevet udnyttet i forbindelse med fremstilling af resonatorerne, der er forget hos DTU-Danchip.Resonatorerne er blevet karakteriseret med hensyn til deres elektriske egenskaber og deres evne til detekterer masse. Kemiske og biologisk masse detektions forsøg er blevet udført for at undersøge hvordan sensorerne opføre sig i forskellige miljøer. Mikro-resonatorerne er blevet brugt i forbindelse med detektion af kobber ioner i drikkevand og som temperatur sensorer i fugtige miljøer. Endvidere er de blevet brugt i forbindelse med undersøgelsen af interaktionen mellem DNA og vand molekyler. Endelig er der blevet ætset nano-græs ned i selve resonatorerne for at forøge deres masse følsomheden.Samlet set har de eksperimentelle resultater vist, at et nyt og yderst følsomt masse detekterings systems, baseret på den type MEMS mikro-resonator, som er blevet præsenteret i denne afhandling, kan udvikles.In the environmental monitoring eld there is a vast variety of possible applications for microfabricated MEMS sensors. As an example, a network of miniaturized sensors could detect toxic gases, harmful airbornes, explosives in air or, in liquid, monitor the quality of drinking water. The integration of miniaturized MEMS mass sensors into lab on chip systems will lead to point of care systems designed to be inexpensive, portable, and eld-ready with high sensitivity and specicity.One of the most common techniques to transduce the interaction between the sensor and the target chemical species is by monitoring the target mass, that is continuously deposited or removed from the sensor's surface, while the sensor's structure vibrates in resonance.This thesis presents the development of MEMS mass sensors based on mechanical microresonators in the very high frequency range 12-132 MHz. This devices can be operated in gaseous environments thanks to the high Qfactors and show very high mass sensitivities and very small mass resolutions. The resonators have been microfabricated at the DTU-Danchip facility exploiting the microfabrication knowledge already present in the DyNEMS group.The devices have been characterized in terms of electrical properties and mass sensing performance. Chemical and biological mass sensing experiments have been performed in order to investigate the behavior of these devices in dierent environments. The microresonators have been used to detect copper ions in drinking water and as temperature sensors in humid environment. Moreover, they have been used as tool to investigate the interaction between water molecules and DNA. Finally, nanograss have been etched into the body of the microresonators in order to improve the mass sensitivy of the devices.On the whole, the experimental results demonstrate that new and highly sensitive mass sensing systems, based on the MEMS microresonators presented in this thesis, could be developed

Online Research Database In Technology

High frequency bulk resonators for bio/chemical diagnostics and monitoring applications

http://orbit.dtu.dk/ws/files/51130208/AlbertoCaglianiPHDthesis..PDF

High frequency bulk resonators for bio/chemical diagnostics and monitoring applications

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology