rezumat - old.upb.ro · 1.3 conținutul tezei de doctorat ... parte și de alta a idt-ului, cu...

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” din BUCUREȘTI ȘCOALA DOCTORALĂ ETTI-B

Nr. Decizie 167 din 23.04.2017

REZUMAT

SENZORI CU UNDE ACUSTICE PENTRU MĂSURAREA UNOR PARAMETRI DE MEDIU

Doctorand: Ing. Ioana Alexandra Giangu

COMISIA DE DOCTORAT Președinte Prof. Dr. Ing. Gheorghe

Brezeanu de la Univ. Politehnica din

București Conducător de doctorat

Prof. Dr. Ing. George Lojewski de la Univ. Politehnica din București

Referent Dr. fiz. Alexandru Müller de la IMT București Referent Prof. Dr. Ing. Teodor Petrescu de la Univ. Politehnica din

București Referent Prof. dr. ing. Răzvan Tamaş de la Universitatea Maritimă

din Constanţa

BUCUREȘTI 2017 ______________

Mulțumiri

Vreau să încep prin a mulțumi coordonatorului meu științific, Prof. dr. ing. George Lojewski pentru îndrumarea, susținerea permanentă și încrederea acordată pe toată perioada studiilor doctorale.

De asemenea, doresc să aduc mulțumiri speciale domnului Dr. fiz. Alexandru Müller pentru oportunitățile oferite de-a lungul pregătirii mele și introducerii mele în lumea științifică, prin participări la întâlniri de proiect și la conferințe, precum și pentru sprijinul și sfaturile oferite.

În mod deosebit vreau să mulțumesc domnului Dr. ing. Valentin Buiculescu pentru îndrumare, pentru ajutorul pe care mi l-a oferit pe parcursul tezei de doctorat și pentru tot timpul pe care și l-a dedicat pentru a discuta și a răspunde întrebărilor mele.

Le mulțumesc tuturor colegilor mei din cadrul laboratorului de Microunde L4 din Institutul Național de Cercetare și Dezvoltare pentru Microtehnologie – IMT – București, pentru sprijinul și îndrumarea științifică oferite. În special, doresc să mulțumesc domnișoarei Dr. Alexandra Ștefănescu, pentru sprijinul, răbdarea, prietenia și vorbele încurajatoare acordate. Mulțumiri domnului Tehnician Mircea Pășteanu atât pentru ajutorul acordat în realizarea tuturor măsurărilor realizate la VNA cât și pentru dezvoltarea unui sistem de măsură mecanic ce oferă posibilitatea caracterizării structurilor în incinte dedicate sau direct pe plachetă.

Rezultatele prezentate în această lucrare de cercetare au fost obținute cu sprijinul Institutului Național de Cercetare și Dezvoltare pentru Microtehnologie – IMT – București, în special al Laboratorului de Microunde (L4), în cadrul căruia am avut ocazia să lucrez pentru proiectele FP7 SMARTPOWER și ENIAC MERCURE, dar și al proiectului Ministerului Fondurilor Europene prin Programul Operational Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013, POSDRU/159/1.5/S/132397.

Mulțumesc din suflet familiei și prietenilor pentru sprijinul pe care mi l-au oferit în decursul acestor trei ani de doctorat. Un loc special în această listă îl are mama care m-a susținut necondiționat și m-a sprijinit mereu în toate deciziile pe care le-am luat pe parcursul celor trei ani de doctorat. Îi mulțumesc și prietenului meu Gabriel, care mi-a insuflat optimismul și ambiția de a termina totul la timp.

Cuprins Capitolul 1 Introducere...............................................................................................2

1.1 Prezentarea domeniului tezei de doctorat.........................................................2 1.2 Scopul tezei de doctorat...................................................................................2 1.3 Conținutul tezei de doctorat.............................................................................3

Capitolul 2 Noțiuni de bază privind undele acustice..................................................3 2.2 Traductoare interdigitate...................................................................................4 2.3 Modurile de propagare ale undelor acustice .....................................................5 2.4 Aplicații ..........................................................................................................5

Capitolul 3 Măsurarea parametrilor de mediu ..........................................................6 3.2.1 Circuit echivalent BVD (Butterworth Van-Dyke) ..........................................6 3.2.2 Realizarea tehnologică a structurilor SAW.....................................................6 3.2.3 Răspunsul dispozitivelor SAW/BAW la temperatura camerei ........................7 3.2.4 Analiza modurilor de propagare.....................................................................7 3.2.5 Încapsulare LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) .............................8 3.2.6 Integrare monolitică.......................................................................................9

Capitolul 4 Rezonatoare SAW pentru măsurarea temperaturii ...............................9 4.1 Introducere......................................................................................................9 4.2 Rezultate experimentale ..................................................................................9

Capitolul 5 Rezonatoare SAW pentru măsurarea presiunii....................................12 5.1 Introducere....................................................................................................12 5.2 Rezultate experimentale ................................................................................12

Capitolul 6 Rezonatoare FBAR pentru umiditate și presiune .................................14 6.1 Introducere....................................................................................................14 6.2 Analiza variației frecvenței de rezonanță cu umiditatea..................................14 6.3 Analiza variației frecvenței de rezonanță cu presiunea ...................................15

Capitolul 7 Sisteme de măsură și rezultate experimentale ......................................15 7.1 Sistem de măsură cu fir .................................................................................15 7.2 Sistem de măsură de tip RFID (fără fir - wireless) .........................................16 7.2.3 Criterii privind măsurarea antenelor utilizate în aplicații RFID ....................17

7.2.3.2 Structura sistemului de măsură ............................................................. 17 7.2.3.3 Rezultate experimentale ....................................................................... 18

Capitolul 8 Concluzii.................................................................................................19 8.1 Rezultate obținute..........................................................................................19 8.2 Contribuții originale ......................................................................................20 8.3 Lista lucrărilor originale ................................................................................21 8.4 Perspective de dezvoltare ulterioară...............................................................23

Bibliografie (selecţie) .................................................................................................24

Senzori cu unde acustice pentru măsurarea unor parametri de mediu

2

Capitolul 1 Introducere 1.1 Prezentarea domeniului tezei de doctorat

Tendința tot mai crescută de miniaturizare a componentelor electronice a condus la apariția și dezvoltarea micro- și nanotehnologiilor. Microtehnologiile electronice (circuite integrate - IC), optice (fibre optice) și mecanice (MEMS) beneficiază, în prezent, de apariția senzorilor de dimensiuni mici, mai inteligenți și mai puțin costisitori.

Materiale semiconductoare de bandă largă, precum GaN și AlN, au potențialul de a crea o nouă generație de senzori care să dezvolte micro și nano sisteme inovative cu performanțe deosebite. Acestea prezintă proprietăți fizice unice care le fac deosebit de atractive pentru aplicații în microunde și unde milimetrice. Avantaje ale acestor materiale, precum: proprietăți piezoelectrice bune, viteză acustică mare și stabilitate termică bună datorită benzii lor interzise largi, duc la dezvoltarea unor sisteme noi de senzori capabili să funcționeze în medii ostile și la temperaturi înalte (de până la 600oC). Rezonatoarele cu unde acustice de suprafață (SAW) și de volum (FBAR) au devenit foarte atractive pentru aplicații senzoriale în multe domenii din medicină, automobile sau telecomunicații. Rezonatoarele SAW sunt dispozitive pasive, compatibile cu transmisia de date wireless, ceea ce este foarte important, în special pentru operarea lor în condiții de mediu dure. Senzorii SAW sunt cunoscuți de asemenea pentru robustețea, fiabilitatea, costurile reduse de fabricare și topologia lor simplistă [2].

În prezent există un interes ridicat în studierea senzorilor SAW realizați pe semiconductori WBG (în special pe GaN/Si), deoarece în literatura de specialitate există puține cercetări ce se ocupă cu acest tip de dispozitive.

1.2 Scopul tezei de doctorat

Scopul tezei de doctorat poate fi realizat prin îndeplinirea următoarelor obiective: caracterizarea cu temperatura a structurilor SAW realizate pe GaN/Si, deja existente în IMT. Caracterizarea a fost realizată folosind echipamentul existent în IMT, ce constă dintr-un analizor vectorial de rețea VNA 37397D (Vector Network Analzyer) produs de ANRITSU și o pereche de sonde pentru măsurări pe plachetă model PM5 produs de Suss Microtec. Fabricarea de noi structuri SAW pe GaN crescut pe diferite materiale substrat (Si, SiC și safir) pentru a analiza diferitele moduri de propagare ce apar în structuri de tip multi-strat. Realizarea unor capsule în tehnologia LTCC pentru măsurări în incinte cu temperatură controlată (criostat sau etuvă). Acest obiectiv presupune și realizarea unui sistem de măsură ce permite măsurarea dispozitivelor direct pe plachetă. Proiectarea și caracterizarea unor noi configurații de rezonatoare SAW realizate pe membrane subțiri de GaN/Si și de GaN pentru aplicații ca senzori de presiune dar şi analizarea comportamentului lor în funcție de variația de temperatură. Dezvoltarea unei tehnologii necesare integrării monolitice a structurilor SAW cu circuite integrate de microunde (MMIC) (structuri realizate de FORTH Heraklion – obiectiv proiect


3

SMARTPOWER). Principala mea activitate în cadrul acestui obiectiv o constituie măsurarea structurii SAW integrată monolitic cu HEMT pentru diferite valori ale tensiunii de polarizare. Măsurarea în condiții de umiditate relativă a unor structuri FBAR, deja existente în IMT, folosind un polimer special conceput, la Universitatea din Cracovia, pentru a adsorbi doar vaporii de apa din atmosferă (obiectiv proiect ENIAC-MERCURE).

1.3 Conținutul tezei de doctorat

Teza conține opt capitole structurate astfel: În primul capitol sunt prezentate domeniul tezei de doctorat, importanța și actualitatea

structurilor SAW/FBAR analizate și obiectivele propuse pentru îndeplinirea scopului final. Capitolul 2 prezintă noțiuni de bază privind generarea și propagarea undelor acustice de

suprafață și de volum. Sunt clasificate materialele piezoelectrice folosite în fabricarea structurilor SAW şi topologii ale traductorului interdigitat (IDT). Tot în acest capitol sunt prezentate succint câteva dintre modurile de propagare ce pot apărea în dispozitivele bazate pe unde acustice. În final, sunt prezentate aplicațiile de interes.

Capitolul 3 abordează o descriere amănunțită a modului în care funcționează rezonatoarele SAW/FBAR ca senzori. Sunt prezentate și cele mai importante procedee tehnologice folosite în fabricarea lor, incluzând tehnologia LTCC folosită la încapsulare

Capitolele 4-6 sunt dedicate rezultatelor experimentale obținute pentru structurile SAW și FBAR utilizate ca senzori de temperatură, presiune, respectiv umiditate.

În capitolul 7 sunt prezentate două sisteme de măsură, unul cu fir și unul de tip RFID (wireless), ambele proiectate și folosite pentru măsurarea temperaturii, dar care pot funcționa și în alte aplicații, cum ar fi măsurarea presiunii. Pentru fiecare sistem în parte sunt descrise toate dispozitivele și componentele folosite.

În capitolul 8 sunt prezentate concluziile finale scoțând în evidență structurile SAW și FBAR pentru care s-a obținut cea mai mare sensibilitate în funcție de parametrul fizic măsurat. De asemenea, sunt arătate contribuțiile originale, lucrările proprii cât și perspectivele de dezvoltare ulterioară.

Capitolul 2 Noțiuni de bază privind undele acustice În ultimii 60 de ani dispozitivele cu unde acustice au câștigat un interes deosebit prin utilizarea lor în aplicații ca senzori. Motivul principal constă în faptul că viteza de propagare a undelor acustice este sensibilă la diferiți parametri externi, de mediu.

Una dintre cele mai importante proprietăţi ale materialelor piezoelectrice folosite pentru realizarea de dispozitive cu unde acustice este viteza de propagare a undei prin material care este notată cu vf. Există însă și o viteză dependentă de proprietățile stratului metalic depus peste materialul piezoelectric, notată vm. Diferența fracționară, Δv/vf dintre cele două viteze, unde s-a notat Δv = vf - vm, este o mărime foarte des utilizată în aplicațiile dispozitivelor cu


4

unde acustice, definind una dintre cele mai importante proprietăți de material ale unui substrat piezoelectric și anume coeficientul de cuplaj piezoelectric keff

2. Materialele semiconductoare precum AIN sau GaN, reprezintă o soluție modernă pentru

fabricarea dispozitivelor SAW/BAW cu frecvența de rezonanță în domeniul GHz. Calitatea acestor materiale, crescute sau depuse pe substraturi de SiC, diamant, safir sau chiar siliciu, s-a îmbunătățit foarte mult în ultimii ani. În același timp au fost dezvoltate tehnici nanolitografice speciale pentru a diminua efectul de încărcare cu sarcini statice cu care se confruntă litografia de înaltă rezoluție cu fascicul de electroni. În consecință, se pot obține cu ușurință rezoluții mai bune de 100 nm pe aceste materiale. Primul dispozitiv SAW fabricat pe GaN (GaN/safir) având frecvența de rezonanță mai mare de 2 GHz a fost raportat în 2002 [7]. Folosind tehnici avansate de nanolitografie au fost realizate rezonatore SAW pe GaN/Si cu frecvența de rezonanță la 5,3 GHz în anul 2010 [8], iar de curând, structuri SAW cu un singur port care funcționează în gama de frecvențe 5,3-8,5 GHz au fost folosite ca senzori de temperatură [9]. Datorită posibilităţii de a depunde GaN pe Si, dispozitivele active pot fi integrate monolitic (MMIC) pe același cip cu alte componente pasive sau active [10], [11].

2.2 Traductoare interdigitate Elementul fundamental al oricărui dispozitiv SAW este traductorul interdigitat (IDT), definit pe suprafața unui material piezoelectric folosind tehnici litografice sau nano-litografice. Rolul IDT este acela de a realiza conversia energiei electrice în energie mecanică și invers. În general, un IDT este alcătuit dintr-o pereche de electrozi în care fiecare electrod prezintă o structură specifică de forma unor “dinți de pieptene” care se întrepătrund.

Într-o structură de rezonator SAW pe lângă IDT apar și structuri reflectoare, plasate de o parte și de alta a IDT-ului, cu rolul de a reduce pierderile în dispozitiv prin reflectarea undelor acustice înapoi către portul de intrare sau ieșire care le-a generat.

Frecvența de rezonanță a unui dispozitiv SAW este determinată de viteza de propagare a SAW, sau de lungimea de undă corespunzătoare propagării prin acel dispozitiv, ținând cont de pasul de repetiție al unui electrod (p) din traductorul interdigitat (IDT) şi este definită de:

2;

pvf (2.2)

Dispozitivele SAW pot fi clasificate, în principiu, în două tipuri: cu un singur port (rezonatoare) (Fig. 2.2a) sau cu două porturi (Fig. 2.2b).

(a) (b)

Fig. 2.2 Dispozitive SAW cu un singur port (a) și cu două porturi (b)


5

2.3 Modurile de propagare ale undelor acustice

Orientarea cristalină, grosimea și tipul materialului piezoelectric, dar și geometria traductoarelor de metal determină tipul și modul de propagare al undelor acustice. Astfel, dispozitivele cu unde acustice pot fi clasificate în două grupe: 1. Dispozitive cu unde acustice de volum (BAW) – se propagă în volumul materialului piezoelectric. Ele se propagă independent de condițiile de frontieră și nedispersiv. În funcție de direcția de oscilație a particulelor materiale și de direcția de propagare a undelor acustice acestea pot fi de două tipuri: longitudinale și transversale 2. Dispozitive cu unde acustice de suprafață (SAW) propriu-zise: undele acustice sunt produse cu ajutorul IDT și se propagă pe suprafața substratului piezoelectric.

Undele acustice de suprafață, numite și unde Rayleigh, se propagă la suprafața materialului într-o zonă de grosime aproximativ egală cu lungimea de undă. Undele Rayleigh sunt nedispersive și au o viteză de propagare mai mică decât cea a undelor acustice de volum.

Sezawa a constatat că undele de tip Rayleigh caracterizate de deplasarea particulelor în plan sagital pot exista și în structuri alcătuite din mai multe straturi, situație în care ele devin dispersive și pot să genereze și alte moduri, cu viteze de propagare diferite.

În cazul în care materialele piezoelectrice sunt depuse pe substraturi din alte tipuri de material, pot apărea noi moduri de propagare pe langă modul fundamental Rayleigh [26]. De exemplu, modul Sezawa apare doar în cazul în care valoarea vitezei transversale în substrat este mai mare decât valoarea vitezei transversale din stratul superior (structuri de tip „slow on fast”) și numai pentru un domeniu restrâns al valorii grosimii normate hk = 2πh/λ [27].

Undele Lamb sunt generate în plăci cu grosimea cel mult egală sau mai mică decât lungimea de undă acustică folosind IDT-uri [33]. În funcție de raportul dintre grosimea plăcii și lungimea de undă, se pot determina două moduri de deplasare ale particulelor: simetric, când deplasarea acestora este în sensuri opuse (sau în antifază) și antisimetric, atunci când particulele se deplasează în același sens (sau în fază) [34].

2.4 Aplicații

Rezonatoarele SAW/BAW care lucrează la frecvențe de ordinul GHz sunt folosite în ultima vreme nu doar în sisteme avansate de comunicații, dar și pentru fabricarea diferitelor tipuri de senzori. Acești senzori pot fi folosiți în aplicații auto (pentru măsurarea cuplului sau ca senzori de presiune pentru anvelope), în aplicații medicale (senzori chimici sau de presiune) sau în aplicații comerciale și pentru industrie (senzori de umiditate, de temperatură, de masă). Senzorii SAW sunt compatibili cu transmisia informațiilor wireless, un avantaj ce le oferă posibilitatea de a fi folosiţi în zone inaccesibile pentru cabluri/fire de conexiune la circuitele electronice, ori în zone cu condiţii de mediu ostile. Senzorii cu unde acustice nu au nevoie de surse de alimentare pentru funcționare spre deosebire de senzorii electronici utilizați, de


6

exemplu, pentru determinarea temperaturii cu termometre, detectoare de temperatură cu rezistențe, joncțiuni p-n și care necesită conexiuni prin cabluri sau emițătoare cu baterii [38].

Dispozitive SAW folosite în aplicații ca senzori pentru mărimi fizice sau la detecția unor substanțe chimice au fost raportate de-a lungul timpului, pentru măsurarea temperaturii [39], a concentrației de gaze [40], a presiunii [41] și a umidității [42]. Senzori SAW realizați pe LiTaO3 pentru detecția selectivă a lichidelor au fost raportați recent în [43].

Capitolul 3 Măsurarea parametrilor de mediu 3.2.1 Circuit echivalent BVD (Butterworth Van-Dyke)

Structurile SAW și FBAR pot fi modelate printr-un circuit echivalent, constituit din componente pasive, capabil să simuleze cu aproximație foarte bună comportarea în frecvență a dispozitivelor cu unde acustice. Cel mai utilizat model de circuit echivalent, valabil pentru ambele tipuri de componente, este modelul Butterworth Van-Dyke sau BVD (Fig. 3.1) [58].

Modelul BVD este alcătuit dintr-un circuit rezonant serie conectat în paralel cu o capacitate C0 ce introduce o frecvență de rezonanță derivație a cărei valoare este foarte apropiată de frecvența de rezonanță serie datorată componentelor Lm și Cm. Rezistorul Rm,

descrie absorbția de energie din sistemul echivalent [59], [60]. Variația impedanței la terminalele unui rezonator SAW, reprezentată pe diagrama Smith,

poate fi descrisă de o buclă circulară, după cum este arătat în Fig. 3.2. Mărimile caracteristice sunt marcate pe diagrama prin valoarea de minim și de maxim ale coeficienților de reflexie Γm respectiv ΓM. Variația de fază Δφ este măsurată între tangentele la buclă care au ca punct comun centrul diagramei cercului. De asemenea, reprezentarea coeficientului de reflexie poate fi realizată direct prin modul (Fig. 3.3a) și fază (Fig. 3.3b).

(a) (b)

Fig. 3.2 Variația impedanței rezonatorului SAW repreyentată

pe diagrama Smith

Fig. 3.3 Reprezentare alternativă a variației impedanței unui rezonator SAW: coeficientul de reflexie ΓSAW (a) și

faza φ (b)

3.2.2 Realizarea tehnologică a structurilor SAW

Structurile SAW au fost fabricate pe plachete de GaN/Si, unde stratul de GaN a fost crescut prin depunere chimică pe substratul din Si de rezistivitate ridicată (105 Ω·cm), cu orientarea cristalografică <111>. Aceste plachete au fost achiziționate de la firma producătoare NTT AT

Fig 3.1 Schema echivalentă BVD


7

Japonia. Un strat intermediar (buffer) cu o grosime totală de 0.2 μm a fost depus între substratul de Si și stratul de GaN nedopat de grosime 1 μm.

Structuri SAW de o calitate excelentă au fost realizate, în cadrul IMT, folosind echipamentul "E-line" de la Raith GmbH. Fotografiile SEM cu structura IDT având lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți de 150 nm (Fig. 3.4a) și 120 nm (Fig. 3.4b) demonstrează precizia tehnicii EBL folosită.

3.2.3 Răspunsul dispozitivelor SAW/BAW la temperatura camerei

Măsurările de microunde (parametri S) pentru structurile SAW au fost efectuate cu ajutorul sistemului de caracterizare disponibil la IMT București. Acesta este alcătuit dintr-un analizor vectorial de rețea și o pereche de sonde pentru măsurări pe plachetă. Sistemul este calibrat folosind standardul de calibrare SOLT (short-open-load-thru), pentru a compensa erorile de măsurare ce pot apărea pe traseul parcurs de semnal prin sistem. Sondele au o configurație masă-semnal-masă (G-S-G), cu o distanță de 150 μm între pinii de masă și cel de semnal.

În Fig. 3.5 se poate observa dependența frecvenței de rezonanță față de lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți. Frecvența de rezonanță crește de la 5,45 GHz, pentru lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți de 200 nm la 8,53 GHz pentru 120 nm.

Fig. 3.5 |S11| pentru patru tipuri de structuri SAW – preluat din [12]

3.2.4 Analiza modurilor de propagare

Diferitele moduri de propagare (Rayleigh, Sezawa şi pseudo-bulk) ce apar în structuri SAW compuse din mai multe straturi, au fost analizate din punct de vedere al comportamentului fizic [27], [28]. Un parametru important al acestor dispozitive este grosimea normată, hk = 2πh/λ, unde k = 2π/λ este numărul de undă, h este grosimea stratului piezoelectric.

Coeficientul de reflexie (S11) al rezonatoarelor SAW a fost măsurat pentru şase structuri SAW având diferite configurații ale structurii IDT și diferite grosimi ale stratului de GaN (1000 nm și 300 nm). Din cele trei frecvențe de rezonanță (Fig. 3.7) și din lățimea/spaţierea dintre digit/interdigit pentru fiecare IDT se poate determina viteza de propagare corespunzătoare fiecarei dintre aceste frecvenţe, folosind ecuația v = λ∙f [69]. Astfel, cele trei rezonanțe au fost asociate modurilor Rayleigh (R), Sezawa (S) și pseudo-bulk (PB). Fig. 3.7g prezintă variația vitezei de propagare a celor trei moduri, în funcție de hk pentru structuri

(a) (b)

Fig. 3.4 Fotografii SEM cu structuri SAW având IDT cu lățimea/spațierea dintre

digiți/interdigiți de 150 nm (a) și 120 nm (b)


8

SAW cu lățimea/spațierea dintre digit/interdigit de 120 nm, 150 nm, 170 nm și 200 nm (GaN 1000 nm), respectiv 700, 500, 300, și 200 nm (GaN de 300 nm). După cum era de așteptat, viteza de propagare variază de la valoarea sa în substratul din siliciu, în cazul în care hk → 0, până la viteza modului Rayleigh din GaN, dacă hk → ∞.

(g)

Fig.3.7 |S11| al rezonatoarelor SAW pe GaN/Si având: stratul de GaN de 1 μm grosime (a, b, c, d) și de 0,3 μm grosime (e, f) şi viteza de propagare în funcție de hk pentru toate tipurile de

structuri SAW menționate (g) [68]

3.2.5 Încapsulare LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)

Pentru a putea fi protejate fizic de factori mecanici sau de condiții de mediu improprii funcționării lor corecte dar şi pentru a putea fi asamblate în circuite de măsură ca orice alte componente electronice, se dorește ca structurile SAW și FBAR să fie încapsulate. O metodă de încapsulare cu performanțe electrice excelente, o bună fiabilitate și care în același timp să permită tehnici de montare pe suprafață constă în folosirea tehnologiei LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) [71].

Cu ajutorul tehnologiei LTCC au fost realizate o serie de capsule speciale pentru dispozitivele bazate pe unde acustice folosite pentru măsurarea temperaturii și a umidității. Astfel, pentru măsurarea temperaturii au fost folosite structurile cu unde acustice de suprafață (SAW) iar pentru umiditate s-au folosit structuri cu unde acustice de volum (FBAR). Fiecare dintre aceste dispozitive are o configurație proprie a conexiunilor, prin urmare este necesară proiectarea fiecărei capsule astfel încât să fie dedicată tipului de structură corespunzător, menținând caracteristicile electrice și sensibilitatea la frecvențele de lucru cât mai stabile. În Fig. 3.17 sunt prezentate fotografii ale capsulei LTCC cu două terminale (atât cavitatea în care se montează structura de rezonator cât și partea inferioară, cu contactele pentru asamblarea pe un circuit imprimat) și forma finală a capsulei LTCC pentru structura FBAR este prezentată în Fig. 3.18a (vedere de deasupra și de dedesubt).

Fig. 3.17 LTCC packages for SAW

structures Fig. 3.18 LTCC packages for FBAR

structures


9

3.2.6 Integrare monolitică

Structurile SAW pot fi integrate monolitic cu componente electronice care pot funcționa la temperaturi ridicate pentru monitorizarea temperaturii circuitului [84]. Integrarea monolitică a unui senzor de temperatură SAW cu un HEMT bazat pe GaN este foarte atractivă pentru diferite aplicații ce lucrează la temperaturi ridicate sau/și în condiții de mediu ostile. Un exemplu poate fi monitorizarea temperaturii în circuitele de mare putere pentru aplicații în radiolocație care utilizează aparate de emisie-recepție bazate pe componente de mare putere.

Pentru a integra monolitic senzorul de temperatură SAW cu HEMT este obligatoriu să se reducă cât mai mult posibil gazul electronic bidimensional (2DEG) în regiunea de heterojoncțiune cu dispozitivul SAW, deoarece prezența canalului 2DEG poate ecrana câmpul electric și poate opri conversia acousto-electrică ce se realizează la nivelul IDT [86]. Pentru aceste experimente, structura SAW integrată cu tranzistorul are un IDT cu lățimea/spațierea dintre digit/interdigit de 250 nm. IDT-ul are 100 de digiți/interdigiți și câte 50 de reflectoare plasate

pe fiecare parte a IDT-ului (Fig. 3.19). Această structură a fost realizată în colaborare cu FORTH Heraklion.

Capitolul 4 Rezonatoare SAW pentru măsurarea temperaturii

4.1 Introducere

Dispozitive SAW fabricate pe GaN/Si, având IDT cu 150 de digiți/interdigiți cu lungimea de 50 μm și diferite valori ale lățimii/spațierii dintre digiți/interdigiți, au fost caracterizate în funcţie de temperatură.

Coeficientul de temperatură în frecvență (TCF), definit de relația (4.1) în [9], este dependent de propagarea undei acustice prin structură şi de dilatare termică:

dTdv

vdTdL

LdTdv

vdTdf

fTCF 1111 (4.1)

unde f este frecvența, T este temperatura absolută, v este viteza undei acustice și α este coeficientul de expansiune (dilatare) termică. Dacă este folosită o structură SAW cu un singur rezonator, contribuția termenului de propagare este redusă obținându-se astfel valori absolute ale sensibilității mult mai mari decât în cazul structurii cu două rezonatoare [88].

4.2 Rezultate experimentale

Au fost comparate valorile sensibilităților obținute pentru rezonatoare SAW având lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți de 200 nm, 170 nm, 150 nm și respectiv 120 nm. În Fig. 4.5 este arătată variația frecvenței de rezonanță cu temperatura pentru fiecare dintre cele patru tipuri de structuri. Pornind de la (4.1) putem să deducem că pentru structuri mai

Fig. 3.19 Structura

HEMT/SAW integrată monolitic [87]


10

compacte influența primului termen, ce descrie propagarea, este mai mică în comparație cu influența celui de al doilea termen, ce descrie dilatarea, ducând astfel la o sensibilitate ridicată având în vedere că cei doi termeni au semne diferite. Valorile obținute pentru TCF au arătat o creștere de la 63 ppm/oC la 72 ppm/oC atunci când lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți scade de la 200 nm la 120 nm [12]. Măsurările în funcţie de temperatură, prezentate în fig. 4.5, au fost realizate pentru modul Rayleigh ce corespunde celei mai mici valori a frecvenței de rezonanță a structurii SAW.

(a) (b)

Fig. 4.5 Sensibilitatea structurilor SAW cu lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți de 200 nm și 170 nm (a) și de 150 nm și 120 nm (b) – măsurări pe placa metalică – preluat din [12]

În continuare, vor fi analizate cu temperatura şi modurile superioare, datorită potențialului lor pentru utilizarea în aplicații cu frecvență foarte înaltă. În Fig. 4.11 este prezentat, răspunsul unui rezonator SAW realizat pe GaN/Si având lățimea/spațierea dintre digiți/interdigiți de 200 nm și grosimea substratului de GaN de 1 μm. Variația frecvenței de rezonanță în funcție de temperatură a fost măsurată în intervalul de temperatură de la -268°C la +150°C în incinta unui criostat, pentru toate cele 3 moduri de propagare.

Fig. 4.11 Răspunsul unui rezonator SAW pe GaN/Si având lățimea/spațierea dintre

digiți/interdigiți de 200 nm, într-o bandă largă de frecvențe Rezultatele prezentate în Fig. 4.12, arată o sensibilitate s = 227 kHz/°C (S = 41 ppm/°C)

pentru modul Rayleigh. Pentru modul Sezawa am obținut o sensibilitate de 459 kHz/°C (S = 72 ppm/°C) după cum este arătat în Fig. 4.13. Această valoare ridicată a sensibilității face ca modul Sezawa să fie o soluție promițătoare pentru aplicațiile de măsurare a temperaturii. Modul PB are o dependență a frecvenței de rezonanță cu temperatura mai mică decât în cazul celorlalte două moduri (Fig. 4.14). Așadar, valoarea sensibilității obținută pentru modul PB s = 258 kHz/°C (S = 26 ppm/°C) este mai mică comparativ cu valorile obținute pentru modul Rayleigh și Sezawa. Acest lucru poate fi explicat prin contribuția majoră a substratului de siliciu (care nu are proprietăți piezoelectrice) la comportamentul modului pseudo-bulk.


11

Fig. 4.12 Variația liniară a frecvenței de rezonanță cu

temperatura în intervalul 20-150°C - modul Rayleigh (b)





Tot în acest capitol a fost determinată sensibilitatea rezonatorului SAW în funcție de temperatura disipată de HEMT.

Structura SAW/HEMT a fost încapsulată într-o capsulă LTCC (Fig. 4.23a) și apoi lipită pe o placă de test realizată în tehnologia PCB, ce are în componență două conectoare de tip coaxial: unul pentru a permite polarizarea controlată a HEMT, iar celălalt pentru testarea în RF a rezonatorului SAW (Fig. 4.23b). Astfel, au fost aplicate diferite tensiuni tranzistorului, iar căldura disipată de acesta a fost măsurată folosind senzorul SAW.

Rezonatorul SAW al dispozitivului integrat SAW/HEMT, asamblat în capsula LTCC, a fost măsurat în condiții de temperatură variabilă într-un criostat. În Fig. 4.24 este arătată sensibilitatea acestuia cu variația de temperatură s = 139 kHz/oC .

(a)

(b)

Fig. 4.23 Detaliu de asamblare a structurii SAW în capsula LTCC (a) și montajul capsulei pentru măsurare într-un circuit cu linii coplanare (b)

Fig. 4.24 Sensibilitatea rezonatorului SAW integrat monolitic cu HEMT

Pentru o variație a puterii disipate, de la 0 mW la 1760 mW, s-a obținut o variație a frecvenței de rezonanță de 13,68 MHz (Fig. 4.25a), ducând astfel la obținerea unei rezistențe termice cu valoare de 98,45oC/W (Fig. 4.25b).

(a) (b)

Fig. 4.25 Variația frecvenței de rezonanță cu puterea disipată (a) și variația de temperatură determinată din măsurarea variației frecvenței de rezonanță în funcție de temperatura

disipată (b) pentru dispozitivul SAW/HEMT încapsulat


12

Capitolul 5 Rezonatoare SAW pentru măsurarea presiunii

5.1 Introducere

Senzorii de presiune SAW își bazează funcționarea pe variația frecvenței de rezonanță a dispozitivului, ca urmare a modificării vitezei undei acustice sub acțiunea tensiunii mecanice (stres) din material, ce rezultă din presiunea aplicată [39]. Așadar, variația relativă a frecvenței de rezonanță în funcție de presiune poate fi descrisă de următoarea relație:

LL

vv

ff

(5.2)

unde (ΔL/L) este variația dimensională a structurii rezonante produsă de stresul mecanic pe direcția de propagare a undei acustice și (Δv/v) este variația vitezei de propagare produsă de aceeași tensiune mecanică [96]. În Fig. 5.1 este arătat principiul constructiv de realizare a unui senzor de presiune bazat pe o structură SAW cu un singur port (rezonator).

Fig. 5.1 Schema senzorului de presiune cu rezonatoare SAW

5.2 Rezultate experimentale

Pentru analizarea comportamentului rezonatoarelor SAW în funcţie de presiune, dispozitivele SAW au fost reproiectate cu caracteristici geometrice noi. Placheta de GaN/Si a fost subțiată de la 525 μm la 100 μm pentru a putea fi mai departe corodată selectiv, folosind procesul RIE (reactive ion etching), astfel încât să se obțină membrane de GaN/Si cu grosimea între 10 – 20 μm doar sub zona activă (zona IDT) a structurilor SAW, dar şi membrane de GaN cu grosimea de 1 μm, substratul (Si) fiind îndepărtat în totalitate prin corodare. Două arii diferite au fost propuse pentru membrane, una cu o suprafață de 1500 μm x 1500 μm și una cu o suprafață de 500 x 500 μm.

(a) (b) (a) (b)

Fig. 5.14 Variația frecvenței de rezonanță cu presiunea pentru modul Rayleigh (a);

aproximarea liniară a variației (b)

Fig. 5.15 Variația frecvenței de rezonanță cu presiunea pentru modul Lamb (a); aproximarea liniară a variației (b)

În cazul structurilor SAW, cu lățimea/spațierea dintre digit/interdigit de 200 nm, suspendate pe o membrană de GaN cu aria de 500 µm x 500 µm, frecvența de rezonanță a modului Rayleigh crește odată cu creșterea presiunii (Fig. 5.14a) obţinându-se o sensibilitate de 207 ppm/Bar (Fig. 5.14b). Pentru modul Lamb frecvența de rezonanță scade odată cu


13

creșterea presiunii din incintă (Fig. 5.15a) şi s-a obţinut o valoare a TCF de 358 ppm/Bar, de 2,2 ori mai mare decât în cazul modului Rayleigh (Fig. 5.15b).

Datele experimentale obținute pentru noile structuri de rezonatoare SAW sunt prezentate în Tab. 5.1. Putem observa că pentru structurile SAW pe membrană de GaN/Si, variația frecvenței de rezonanță cu presiunea a modului Rayleigh are pantă negativă iar în cazul modului Lamb panta este pozitivă. În schimb, la structurile SAW pe membrană de GaN comportamentul celor două moduri de propagare este inversat. Acest comportament poate fi explicat pornind de la expresia (5.2), în care se poate observa că valorile celor doi termeni contribuie cu ponderi diferite pentru fiecare dintre modurile considerate [97]. Pentru ambele tipuri de membrană modul Lamb este mai sensibil decât modul Rayleigh.

Tab. 5.1 Valorile obținute pentru s și PCF structurilor SAW folosite ca senzori de presiune. Membrana Modul de propagare f0 (GHz) s (kHz/Bar) PCF (ppm/Bar)

Rayleigh 5,24 -1046 -201 GaN/Si 1500 μm x 1500 μm Lamb 9,61 5480 570

Rayleigh 5,2 -271 -52 GaN/Si 500 μm x 500 μm Lamb 9,6 1531 159

Rayleigh 5,06 1048 207 GaN 500 μm x 500 μm Lamb 9,63 -3443 -358

Cele mai mari valori ale lui s și PCF au fost obținute pentru structura SAW cu membrană de GaN/Si şi aria de 1500 μm x 1500 μm. Totuși, această structură are dezavantajul unei arii mai mari în comparație cu structura SAW cu membrană de GaN şi aria de 500 μm x 500 μm pentru care s-au obținut valori ale sensibilității comparabile. Pentru structurile SAW pe membrană de GaN/Si cu aria de 500 μm x 500 μm au fost obținute cele mai mici valori.

Prin utilizarea celor două frecvențe de rezonanță (Rayleigh și Lamb), se pot măsura simultan doi parametri de mediu precum presiunea și temperatura [98]. Așadar, au fost realizate măsurări cu temperatura pentru structura SAW având o membrană de GaN cu aria de 500 µm x 500 µm. Variația frecvenței de rezonanță în funcție de temperatură a fost măsurată cu ajutorul unui criostat. S-a obținut un TCF de 59 ppm/°C pentru modul Rayleigh (Fig. 5.16a) și 42 ppm/°C pentru modul de Lamb (Fig. 5.16b). Se poate observa că variația frecvenței de rezonanță cu temperatura are același semn pentru ambele moduri [99].

(a) (b)

Fig. 5.16 Variația frecvenței de rezonanță cu temperatura a modului Rayleigh (a) și a modului Lamb (b) pentru rezonatorul SAW cu membrană de GaN (aria 500 µm x 500 µm)


14

Capitolul 6 Rezonatoare FBAR pentru umiditate și presiune

6.1 Introducere

Pentru a analiza sensibilitatea unui FBAR față de diferite valori ale umidității cât și ale presiunii a fost folosit un dispozitiv cu două structuri FBAR conectate în serie pe o membrană de GaN cu o grosime de 0,5 μm (0,3 μm GaN și 0,2 μm stratul tampon). Aria membranei de GaN este 550 x 300 μm2, iar fiecare structură de FBAR este un pătrat cu latura de 200 μm. Distanța dintre structurile FBAR conectate în serie este de 50 μm [101].

Caracterizarea structurilor FBAR la presiune atmosferică și umiditatea relativă a fost realizată direct pe plachetă prin măsurarea parametrului de transmisie S21. În Fig. 6.1 sunt prezentate structura FBAR şi variația coeficientului de transmisie în funcție de frecvență.

(a) (b)

Fig. 6.1 Structura FBAR (a); răspunsul în frecvență a FBAR (b) [100]

6.2 Analiza variației frecvenței de rezonanță cu umiditatea

Pentru măsurări în funcţie de umiditatea relativă, structurile FBAR au fost asamblate în capsule LTCC, pentru care au fost realizate circuite de test dedicate, prevăzute cu conectoare de tip SMA pentru semnalul de RF, linii de tip CP și paduri de conexiune compatibile cu capsulele LTCC, folosind tehnologia standard a circuitelor imprimate (PCB) (Fig. 6.2a). Structura FBAR a fost acoperită cu un strat subțire dintr-un polimer special conceput pentru a adsorbi doar vaporii de apă din atmosferă. Structura FBAR, încapsulată și asamblată pe structura de test, a fost introdusă într-o incintă cu umiditate controlată precis (Fig. 6.3) [102].

Fig. 6.2 Circuitul de test PCB pentru senzorul

de umiditate bazat pe structura FBAR

Fig. 6.3 Detalii ale sistemului experimental

– preluat [102]

Frecvența de rezonanță a fost determinată pentru mai multe valori ale umidității relative: 1%, 20%, 46%, 66% și 90%. În Fig. 6.4 se poate observa răspunsul structurii FBAR pentru un nivel de umiditate de 20% (Fig. 6.4a) și de 90% (Fig. 6.4b). Variația frecvenței de rezonanță în funcție de umiditatea relativă a mediului ambiant este prezentată în Fig. 6.5. Se poate observa că variația frecvenței este liniară în funcție de umiditatea relativă și astfel s-a obţinut o sensibilitate de 7 ppm/%.


15

(a) (b)

Fig. 6.4 Rezonanța senzorului măsurată pentru: umiditate relativă RH = 20% (a); umiditate relativă RH

= 90% (b) – preluat [102]

Fig. 6.5 Frecvența de rezonanță a senzorului FBAR în funcție de

umiditatea relativă

6.3 Analiza variației frecvenței de rezonanță cu presiunea

Structurile FBAR au fost caracterizate şi ca senzori de presiune. Pentru obținerea unor rezultate cât mai corecte, structura FBAR a fost lipită pe un suport, astfel încât presiunea aerului de sub membrană să rămână constantă atunci când este aplicată o presiune externă.

Variația frecvenței de rezonanță în funcție de presiunea aplicată a fost determinată cu ajutorul unei incinte cu presiune controlată (capitolul 4). În Fig. 6.6a este arătată variația frecvenței de rezonanță a structurii FBAR în funcţie de presiune în gama 1-5 Bar iar din panta din Fig. 6.6b s-a obţinut o sensibilitate de 525 kHz/Bar (90 ppm/Bar).

(a) (b)

Fig. 6.6 |S11| în funcție de presiune – preluat [103] (a); Frecvența de rezonanță în funcție de presiune – preluat [103] (b)

Dispozitivele SAW și FBAR bazate pe semiconductori de bandă interzisă largă reprezintă un subiect de mare actualitate pentru microsistemele avansate dedicate comunicațiilor la frecvențe în domeniul gigaherților. Utilizarea GaN/Si și AlN/Si oferă posibilitatea folosirii nanolitografiei și a unor tehnici de microprelucrare avansate pentru realizare de dispozitive FBAR și SAW în domeniul GHz. Datorită proprietăților de material ale GaN, acești senzori sunt capabili să opereze eficient în medii ostile, la temperaturi înalte.

Capitolul 7 Sisteme de măsură și rezultate experimentale 7.1 Sistem de măsură cu fir

Rezonatoarele SAW pot fi folosite cu ușurință în sisteme de monitorizare cu fir sau fără fir datorită proprietăților lor de conversie directă a energiei mecanice în parametri caracteristici propagării undelor acustice. Sistemul propus este de fapt un analizor de rețea scalar (Fig. 7.1), care măsoară modulul coeficientului de reflexie S11 pentru determinarea temperaturii [104].


16

Sistemul are în alcătuire un oscilator de RF controlat în tensiune de un circuit de sintetiză a frecvenței, un cuplor direcțional care direcționează semnalul reflectat de rezonatorul SAW, amplificatoare de RF pentru a compensa pierderile de semnal din sistemul de măsură şi un detector cu diodă Schottky care convertește într-o tensiune continuă amplitudinea semnalului de RF reflectat de rezonatorul SAW.

Fotografii ale sistemul RF de măsură sunt prezentate în Fig. 7.18. Testul de temperatură a fost

efectuat într-o cameră climatică (etuvă) care permite reglarea temperaturii în interiorul incintei cu o precizie mai bună de 1°C.

(a) (b)

Fig. 7.18 Fotografia de ansamblu a sistemului de măsură pentru caracterizarea în RF (a); componentele de RF utilizate - detaliu (b)

Rezultatele măsurărilor la mai multe temperaturi sunt prezentate în Fig. 7.19. Se pot observa mici fluctuații ale tensiunilor măsurate, din cauza rezoluției convertorului A/D și zgomotulul introdus de conexiuni ne-ecranate între detector și convertor.

Fig.7.19 Răspunsul sistemului la patru valori ale temperaturii ambiante

7.2 Sistem de măsură de tip RFID (fără fir - wireless)

Dispozitivele SAW pot fi folosite ca elemente senzoriale care nu necesită alimentare, fiind accesate prin interogare radio. Modulul şi faza coeficientului de reflexie pot fi utilizate într-un sistem RFID bistatic pentru observarea influenței lor asupra variațiilor corespunzătoare ale semnalului de la terminalele antenei de recepție (Fig. 7.21).

Informaţiile privind proprietățile complete ale conexiunilor radio dintre oricare pereche de antene din sistem se pot deduce prin utilizarea parametrilor [S] de diport asociaţi acestora.

Fig. 7.1 Schema bloc a sistemului

de măsură a temperaturii


17

Fig. 7.21 Modelul bistatic utilizat pentru

simularea răspunsului unui senzor cu rezonator SAW

Fig. 7.23 Cuplajul antenelor de emisie și recepție prin lobii secundari

Cuplajul antenelor de recepție şi emisie se face prin lobii secundari (Fig. 7.23), iar rezultatul măsurării S21 se observă în Fig. 7.24.

(a) (b)

Fig. 7.24 Valoarea măsurată a modulului (a) și fazei (b) coeficientului de cuplaj între antena UWB și antena cu câștigul de 15 dB amplasate la distanța 0,5 m

Semnalul rezultant la intrarea receptorului sistemului de interogare, care include răspunsul rezonatorului SAW și al antenei acestuia, se poate descrie ca sumă a două semnale care au aceeași pulsație ω dar amplitudinile și fazele sunt diferite, care se poate echivala cu un singur semnal având de asemenea pulsația ω dar amplitudinea și faza rezultă din [116]:

)(sin)(sin)(sin ,2211 tUtUtUU eqRRRRx (7.11)

unde )(cos2 12212

221, RRRReqR UUUUU (7.12)

2211

2211coscossinsin

RR

RRUUUUarctg (7.13)

7.2.3 Criterii privind măsurarea antenelor utilizate în aplicații RFID

Tehnica de măsură a antenelor RFID constă în utilizarea semnalului recepționat și ulterior re-emis chiar de către antena măsurată, după ce semnalul recepționat a fost modulat în amplitudine și/sau fază de un circuit modulator specializat, conectat ca impedanță de sarcină a antenei [120]. Pentru a satisface condițiile măsurării antenelor UWB a fost proiectat un modulator de bandă largă cu un circuit integrat monolitic de tip comutator cu o intrare și două căi de ieșire (SPDT – single pole double through).

7.2.3.2 Structura sistemului de măsură

S-a propus pentru sistemul de măsurare a antenei UWB o structură în care atât antena care emite semnalul de interogare cât și antena măsurată sunt în poziții staționare una față de


18

cealaltă [130]. Rezultă posibilitatea de a obține o precizie foarte bună a măsurărilor datorită factorului de cuplaj constant pe întreaga durată a procedurii de caracterizare. O antenă de recepție se deplasează în jurul antenei măsurate pe o traiectorie circulară, aflându-se astfel la distanță constantă față de aceasta.

Măsurarea caracteristicilor de directivitate ale unei antene UWB poate să dureze foarte mult, precizia determinărilor fiind afectată de variația în timp a tensiunii cu care este alimentat modulatorul şi circuitele asociate. Sursa folosită este o baterie cu Li model CR2032 (are o tensiune inițială de cca. 3,2 V), aşadar în limitele specificațiilor componentelor utilizate: minim 0/3 V pentru comutatorul SPDT, 1.65...5 V pentru circuitele logice CMOS și 0.9...3.6 V pentru oscilatorul cu cuarț. 7.2.3.3 Rezultate experimentale

Modelul de antenă UWB ales pentru caracterizare folosind circuitul modulator propus este o versiune a antenei prezentate în [132], re-dimensionată pentru materialul FR-4 cu grosimea de 0.8 mm utilizat în circuitul imprimat care conține atât antena măsurată (Fig. 7.32a) și circuitul modulator complet. Valoarea coeficientului de reflexie se menține sub ‒ 10 dB în banda 3.2...7.1 GHz (7.32b).

(a) (b)

Fig. 7.32 Antena UWB (a) și coeficientul de reflexie determinat experimental (b) Pentru antena UWB microstrip măsurată prin metoda retro-împrăștierii, a fost realizat un

circuit imprimat cu dimensiunile de 30 mm×35 mm (Fig. 33).

(a) (b)

Fig. 7.33 Fotografii ale antenei măsurate împreună cu componentele asociate

Fig. 7.34 Variația în timp a tensiunii bateriei CR2032 având ca sarcină modulatorul complet

S-au verificat experimental efectele variației tensiunii bateriei asupra parametrilor comutatorului SPDT, fiind măsurată, timp de o săptămâna, variația tensiunii bateriei conectată permanent la circuitul modulator complet echipat (Fig. 7.34).

Rezultatul a fost convertit într-un coeficient mediu de variație a tensiunii de aproximativ 20.7 mV/zi, considerând panta caracteristicii în vecinătatea tensiunii de 3,2 V. În consecinţă, Γ1 s-a modificat în medie cu 0.02 dB/zi, în timp ce Γ2 a rămas practic constant. Rezultă că


19

valoarea RCS diferențial calculată suferă o variație medie de aproximativ = 0,004 dB/zi, confirmând obţinerea unor determinări precise ale caracteristicilor de directivitate, chiar dacă durata măsurărilor este mare. Acest rezultat a fost posibil și datorită consumului extrem de mic (3,5 μA) al circuitului modulator care funcționează la frecvența de 32,768 kHz [133].

Caracteristicile de radiație ale antenei UWB au fost măsurate pentru (i) antena cu conector SMA în regim de emisie, alimentată de un generator de semnal, și (ii) antena echipată cu modulatorul propus și alimentare în curent continuu, retro-împrăștierea semnalului recepționat, la frecvența 5,5 GHz. Rezultatele experimentale evidențiează influența cablului coaxial care alimentează antena cu conector (Fig. 7.35).

Capitolul 8 Concluzii 8.1 Rezultate obținute

Prezenta teză de doctorat a avut ca scop dezvoltarea unor senzori de temperatură, presiune și umiditate folosind dispozitive SAW și FBAR realizate pe plachete de GaN/Si. În acest sens, pe parcursul celor 7 capitole au fost investigate și dezvoltate diferite rezonatoare SAW.

În capitolul 2 au fost descrise și clasificate structurile SAW/FBAR și modurile de propagare corespunzătoare. Au fost realizate măsurări în funcţie de temperatură pentru rezonatoare SAW, folosind o placă metalică încălzită la temperaturi de peste 150oC. În aceste condiții am obținut sensibilități în temperatură de ordinul sutelor de kHz/oC, valori mult mai mari în comparație cu cele raportate în literatura de specialitate.

S-au analizat apoi modurile superioare de propagare ce apar în structurile SAW fabricate pe GaN/Si. Pentru modul de Sezawa (având o frecvență de rezonanță mai mare decât cea a modului Rayleigh) au fost obținute valori ale sensibilității cu temperatura de 2 ori mai mari decât pentru modul fundamental Rayleigh.

Au fost fabricate, folosind tehnici avansate de nanolitografie, diferite structuri SAW cu un singur rezonator având lățimea/spațierea dintre digit/intedigit de 200 nm, 170 nm, 150 nm și 120 nm. Frecvența de rezonanță corespunzătoare fiecărui tip de structură SAW este cuprinsă între 5,4-8,5 GHz. Structurile au fost caracterizate pe o placă metalică încinsă și au fost obținute sensibilități în intervalul 330 kHz/oC - 615 kHz/oC. S-a observat o ușoară creștere a sensibilități pentru structuri SAW cu lățimea/spațierea dintre digit/intedigit mai mici.

Au fost proiectate și realizate capsule LTCC ce au fost folosite pentru caracterizarea rezonatorului SAW în incinte cu temperatură controlată. În final, structurile SAW au fost caracterizate într-un criostat care oferă o variație de temperaturi între -260oC și 200oC.

Fig.7.35 Caracteristicile de

radiație normate pentru antena cu conector (linii punctate) și pentru

antena UWB împreună cu modulatorul propus (linii continue)


20

Din rezultatele experimentale prezentate în capitolul 5 pentru structurile SAW analizate în funcție de variația presiunii s-a observat că pentru structurile SAW pe membrană de GaN/Si frecvența de rezonanță a modului Rayleigh scade odată cu creșterea presiunii iar frecvența de rezonanță a modului Lamb crește atunci când presiunea creşte. Pentru structurile SAW pe membrană de GaN, comportamentul celor două frecvențe de rezonanță în funcție presiune este invers. Au fost obținute valori ale sensibilității de 2 ori mai mari pentru structurile SAW pe membrană de GaN și aria de 500 µm x 500 µm, față de structurile SAW pe membrană de GaN/Si și aceeași arie. Modul de propagare Lamb este mai sensibil la presiune în comparaţie cu modul Rayleigh, pentru toate tipurile de membrane prezentate. Au fost realizate măsurări cu temperatura pentru o structură SAW pe membrană de GaN. În acest caz am observat că frecvența de rezonanță scade atunci când temperatura crește, atât pentru modul Rayleigh cât și pentru modul Lamb. În capitolul 6 au fost caracterizate structurile FBAR ca senzori de umiditate şi s-a obţinut o sensibilitate de 43 kHz/%.

În capitolul 7 au fost propuse și realizate două sisteme de măsură, unul cu fir și unul de tip RFID (wireless) pentru măsurarea temperaturii și a presiunii. Sistemul de măsurare cu fir a fost dezvoltat folosind componente RF disponibile: un cuplor direcțional, amplificatoare RF cu două și trei etaje de amplificare, un detector cu diodă Schottky și un convertor A/D. Datele experimentale au fost prelucrate obținându-se un răspuns tipic unui senzor de temperatură bazat pe rezonatoare SAW. În legătură cu sistemul de tip RFID s-a realizat o analiză a răspunsului sistemului radio cu ajutorul bilanţului de puteri, pentru a determina atenuările pe care le suferă semnalul pe traseul de la emiţător spre sistemul RFID şi apoi spre receptor.

A fost proiectat un modulator de amplitudine de bandă foarte largă pentru măsurarea antenei UWB. Pentru antena UWB prevăzută cu conector s-a obţinut o valoare a coeficientului de reflexie de - 10 dB în banda 3,2...7,1 GHz. A fost măsurată variația în timp (peste o săptămâna) a tensiunii furnizate de bateria CR2032 având ca sarcină modulatorul complet și am obținut un coeficient mediu de variație a tensiunii de aproximativ 20,7 mV/zi.

8.2 Contribuții originale

Contribuțiile originale ale autorului vor fi prezentate succint în acest subcapitol. Am realizat numeroase măsurări cu ajutorul unui analizor vectorial de reţea pentru mai multe configurații ale rezonatorului SAW [3] determinând sensibilitatea în temperatură [8]. Am participat la activitatea de proiectare și optimizare a capsulelor realizate în tehnologia LTCC care au fost folosite pentru măsurarea structurilor SAW în criostat și în etuvă [4, 9, 14], prin descrierea geometriei fiecăruia dintre cele şase straturi din structura capsulelor. Am dezvoltat în MATLAB un program de calcul pentru determinarea cu precizie ridicată a frecvenței la care coeficientul de reflexie al unui rezonator SAW are valoarea minimă. Am analizat și identificat modurile de propagare ce apar în structuri SAW realizate pe un strat de GaN crescut pe substraturi diferite. În acest sens, contribuția originală a constat în caracterizarea acestora la temperatura camerei, utilizarea programului AWR pentru obținerea


21

unor rezultate intermediare și determinarea variației vitezelor de propagare în funcție de grosimea normalizată (hk) și a factorului de cuplaj pentru fiecare mod în parte [2]. Am realizat măsurări pentru structuri SAW având metalizări diferite (Ti/Au și Al), participând astfel la activitatea de determinare a influenței tipului de metal folosit pentru definirea structurii IDT, asupra vitezei de propagare a undei Rayleigh [1]. Am demonstrat funcționalitatea rezonatorului SAW integrat monolitic cu un dispozitiv semiconductor activ de tip HEMT (structură realizată de FORTH Heraklion) ca senzor de temperatură într-un circuit integrat monolitic [12] folosind mai multe suporturi realizate din materiale cu conductivitatea termică diferită. Pentru realizarea tehnologică a noilor configurații de structuri SAW, am proiectat parţial două măști pentru metalizarea padurilor și o a treia mască pentru corodarea selectivă de pe spatele plachetei de Si, folosind programul CleWin. Am analizat variația frecvenței de rezonanță cu presiunea pentru structuri SAW suspendate pe membrane de arii și grosimi diferite și am studiat comportamentul modurilor de propagare Rayleigh și Lamb în funcție de variația presiunii [5] [11] și a temperaturii [10]. Am analizat variaţia frecvenţei de rezonanţă a senzorilor FBAR in funcţie de umiditatea relativă a mediului ambiant. Astfel, am demonstrat posibilitatea utilizării structurilor FBAR ca senzori de umiditate prin realizarea de măsurări în condiții de umiditate relativă controlată, în colaborare cu Universitatea din Cracovia [4, 9]. Am realizat măsurări ale răspunsului structurilor FBAR într-o incintă cu presiune controlată, obținând valori ale sensibilității de ordinul a câteva zeci de ppm/Bar [7]. Am măsurat caracteristicile de directivitate ale unei antene de bandă foarte largă folosită în aplicațiile prezentate în [6] și am calculat bilanțul de puteri pentru a determina atenuările pe care le suferă semnalul pe traseul de la emițător la receptor în sistemul de tip RFID. Am dezvoltat un procedeu de calcul analitic al tensiunii și curentului ce rezultă la ieşirea antenei unui receptor de interogare, prin care se determină variația amplitudinii și faza semnalului rezultant în funcţie de variaţia cu frecvenţa a impedanţei unui senzor de tip rezonator cu unde acustice.

8.3 Lista lucrărilor originale

Lucrări publicate în reviste cotate ISI 1. A. Stefanescu, A. Müller, I. Giangu, A Dinescu, „Influence of Au based metallization on the phase velocity of GaN on Si Surface Acoustic wave resonators” IEEE Electron Devices Letters, vol 37, no 3, 2016, pp. 321-324 2. A. Müller, I. Giangu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Dinescu, G. Konstantinidis, „Sezawa Propagation Mode in GaN on Si Surface Acoustic Wave Type Temperature Sensor Structures Operating at GHz Frequencies”, IEEE Electron Device Letters, vol. 36, no. 12, 2015, pp. 1299 – 1302


22

3. A. Müller, G. Konstantinidis, V. Buiculescu, A. Dinescu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, I. Giangu, A. Cismaru, A. Moldoveanu, „GaN/Si based single SAW resonator temperature sensor operating in the GHz frequency range”, Sensors and Actuators: A, Vol. 209, Mar. 2014, pp. 115–123 4. I. Giangu, V. Buiculescu, G. Konstantinidis, K. Szaciłowski, A. Stefanescu, F. Bechtold, K. Pilarczyk, A. Stavrinidis, P. Kwolek, G. Stavrinidis, J. Mech, A. Müller, „Development and Experimental Results on LTCC Packages for Acoustic Wave Sensing Devices”, Romanian Journal of Information Science and Technology ROMJIST, vol. 17, no. 4, 2014, pp. 320–339

Lucrare publicată în Buletinul științific UPB 5. I. Giangu, V. Buiculescu, M. Nisulescu, G. Lojewski „Scalar network analyzer-type approach for a temperature measurement system based on microwave SAW resonators”, U.P.B. Scientific Bulletin, Series C, vol. 78, no. 3, 2016, pp. 137 - 148 Lucrări prezentate la conferinţe indexate ISI

6. A. Müller, A. Stavrinidis, I. Giangu, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Pantazis, A. Dinescu, G. Boldeiu, G. Konstantinidis, “High sensitivity, GHz operating SAW pressure sensor structures manufactured by micromachining and nano-processing of GaN/Si”, IEEE MTT-S Internationl Microwave Symposium Digest, May 2016, San Francisco, California 7. V. Buiculescu, I. Giangu, „Broadband backscattering modulators for radiation pattern measurement of small antennas with flexible impedance loading” Proceeding of International Semiconductor Conference CAS, 2016, Sinaia, Romania, pp. 75-78 8. I. Giangu, G. Stavrinidis, A. Stefanescu, A. Stavrinidis, A. Dinescu, G. Konstantinidis, A. Müller, „Pressure sensors based on high frequency operating GaN FBAR”, Proceedings of International Semiconductor Conference CAS, 2015, Sinaia , Romania, pp. 99-102 9. A. Müller, G. Konstantinidis, I. Giangu, V. Buiculescu, A. Dinescu, A. Stefanescu, A. Stavrinidis, G, Stavrinidis, A. Ziaei, „GaN-based SAW structures resonating within the 5.4-8.5 GHz frequency range, for high sensitivity temperature sensors”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, June 2014, Tampa, pp. 1–4 10. I. Giangu, V. Buiculescu, G. Konstantinidis, K. Szaciłowski, A. Stefanescu, F. Bechtold, K. Pilarczyk, A. Stavrinidis, P. Kwolek, G. Stavrinidis, J. Mech, A. Müller, „Acoustic wave sensing devices and their LTCC packaging”, IEEE Proceedings of International Semiconductor Conference CAS 2014, 2014, pp. 147 – 150

Lucrări prezentate la alte conferințe 11. I. Giangu, G. Konstanidis, A. Dinescu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Müller, „Analysis of GHz operating SAW resonators manufactured on GaN membranes as pressure and temperature sensors”, MEMSWAVE 2016, July 2016, Bucharest, Romania


23

12. I. Giangu, G. Stavrinidis, A. Dinescu, N. Kornilios, A. Stavrinidis , A. Stefanescu, M.Pasteanu, G. Konstantinidis and A.Müller, „Pressure sensors based on GHz operating GaN/Si acoustic devices”, MEMSWAVE 2015, July 2015, Barcelona, Spain 13. T. Kostopulous, A. Stavrinidis, I. Giangu, G. Stavrinidis, V. Buiculescu, A. Stefanescu, G. Konstantinidis, A. Muller, „Monolithic Integration of HEMT with Temperature SAW Based Sensor”, MEMSWAVE 2014, La Rochelle 1-2 July, 2014 14. I. Giangu, V. Buiculescu, A. Müller, „Temperature monitoring based on SAW resonator reflection coefficient measurement in a wired RF system”, SAW Sensor Symposium 2014, Vienna, Austria, October 2014 15. V. Buiculescu, F Bechtold, I Giangu, A Müller, „LTCC packages optimized for use with SAW and FBAR sensors in environmental parameters monitoring”, Smart Systems Integration 2014, Vienna, session “System integration and packaging I”, 2014

8.4 Perspective de dezvoltare ulterioară

În această teză de doctorat au fost arătate atât funcţionalitatea rezonatoarelor SAW și FBAR ca senzori de temperatură, presiune şi umiditate, cât şi avantajele utilizării unui material semiconductor de bandă interzisă largă şi cu proprietăţi piezoelectrice, cum ar fi GaN, în fabricarea dispozitivelor. Cercetările asupra dispozitivelor cu unde acustice vor continua şi după finalizarea acestei teze, deoarece rezonatoarele SAW şi FBAR realizate pe GaN/Si pot fi folosite în multe alte aplicații, datorită unor avantaje specifice ale acestor materiale.

Un subiect de actualitate îl prezintă senzorii cu aplicabilitate în medicină. Datorită avantajului major pe care îl prezintă GaN, care este un material biocompatibil, rezonatoarele SAW realizate pe GaN/Si reprezintă un mare interes pentru cercetările ulterioare și este, în egală măsură, o mare provocare, deoarece în literatura de specialitate există puține rezultate obținute pentru acest tip de senzor. Fiind compatibile cu aplicaţiile wireless și cu funcţionarea fără alimentare proprie, aceste dispozitive ar putea fi implantate în corpul uman.

Cercetarea structurilor SAW suspendate pe membrană de GaN, poate fi continuată prin poziționarea traductorului interdigitat în diferite zone de pe membrana de GaN, astfel încât să se determine zona optimă în vederea obținerii unei sensibilități cât mai mari. Comportamentul celor două moduri ce se propagă în membrana de GaN - Rayleigh și Lamb - poate fi analizat separat atât pentru diferite valori ale presiunii, cât și pentru diferite valori ale temperaturii. Determinând influența fiecărui parametru asupra celor două moduri de propagare, informaţiile obţinute pot fi utilizate pentru a determina simultan variațiile de presiune și temperatură, măsurând în același timp atât variația frecvenței de rezonanță a modului Rayleigh cât și a modului Lamb.


24

Bibliografie (selecţie) [2] T. Hoang, Design and realization of SAW pressure sensor using Aluminum Nitride, teză de doctorat la l’Ecole Doctorale - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Télécommunication, Signal, Universite Joseph Fourier – Grenoble, 2009 [7] T. Palacios, F. Calle, J. Grajal, E. Monroy, M. Eickhoff, O. Ambacher, F.Omnes, High frequency SAW devices on AlGaN: Fabrication, characterization and integration with optoelectronics, IEEE Ultrason. Symp, pp 57-60, Oct. 2002 [8] A. Müller, D. Neculoiu, G. Konstantinidis, G. Deligeorgis, A. Dinescu, A. Stavrinidis, A. Cismaru, M. Dragoman, A. Stefanescu, SAW devices manufactured on GaN/Si for frequencies beyond 5 GHz, IEEE Electron Device Letters, vol. 31, pp. 1398–1400, Aug. 2010 [9] A. Müller, G. Konstantinidis, V. Buiculescu, A. Dinescu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, I. Giangu, A. Cismaru, A. Moldoveanu, GaN/Si based single SAW resonator temperature sensor operating in the GHz frequency range, Sensors & Actuators: A, vol. 209, pp. 115–123, 2014 [10] F. Crispoldi, A. Pantellini, S. Lavanga, A. Nanni, P. Romanini, L. Rizzi, P. Farinelli, C. Lanzieri, Full integrated process to manufacture RF-MEMS and MMICs on GaN/Si substrate, International Journal of Microwave and Wireless Technologies, vol. 2, pp. 333-339, 2010 [11] J.W Chung, K. Ryu, B. Lu, T. Palacios, GaN-on-Si Technology, A New Approach for Advanced Devices in Energy and Communications, in Proc. of the European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC), Sept. 2010, pp. 52 – 56 [12] A. Müller, G. Konstantinidis, I. Giangu, V. Buiculescu, A. Dinescu, A. Stefanescu, A. Stavrinidis, G, Stavrinidis, A. Ziaei, GaN-based SAW structures resonating within the 5.4-8.5 GHz frequency range, for high sensitivity temperature sensors, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, June 2014, Tampa, pp. 1–4 [26] C. Sumanya, J.D. Comins and A.G. Every, Surface brillouin scattering in opaque thin films, Journal of Physics, vol. 92, pp. 1–4, 2007 [27] X. Zhang, J. D. Comins, A. G. Every, P. R. Stoddart, W. Pang, and T. E. Derry, Surface Brillouin scattering study of the surface excitations in amorphous silicon layers produced by ion bombardment, Physical Review B, vol. 58, 13677, 1998 [28] J. Pedrós, F. Calle, J. Grajal, R. J. Jiménez Riobóo, Y. Takagaki, K. H. Ploog, Z. Bougrioua, Anisotropyinduced polarization mixture of surface acoustic waves in GaN/c-sapphire heterostructures, Physical Review B, vol. 72, pp. 1–7, 2005 [33] X. Lu, C. Ming Lee, S. Yuen Wu, H. Pui Ho, K. May Lau, GaN-Based S0-Wave Sensors on Silicon for Chemical and Biological Sensing in Liquid Environments, IEEE Sensors Journal, vol. 13, no. 4, pp. 1245 – 1251, 2013 [34] F. Di Pietrantonio, M. Benetti, D. Cannatà, R. Beccherelli, E. Verona, Guided Lamb Wave Electroacoustic Devices on Micromachined AlN/Al Plates, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 57, no. 5, pp. 1175 – 1182, 2010 [38] D. S. Stevens, J. C. Andle, S. Sabah, S. J. Jumani, B. W.A. Wall, M. Baier, T. Martens, and R. Gruenwald, Applications of Wireless Temperature Measurement Using SAW Resonators, Fourth International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems, Chiba University, Japan, March 2010


25

[39] A. Talbi, F. Sarry, M. Elhakiki, L. Le Brizoual, O. Elmazria, P. Nicolay and P. Alnot, ZnO/quartz structure potentiality for surface acoustic wave pressure sensor, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 128, pp. 78–83, 2006 [40] T. Han, X. Ji and W. Shi, Langasite membranes for surface acoustic wave pressure sensors, Sensors and Materials, vol. 18, pp. 173–181, 2006 [41] A. B. Randles, J. H. Kuypers, M. Esashit, S. Tanaka, Application of lithium niobate etch stop technology to SAW pressure sensors, IEEE Ultrasonics Symp., pp. 1124–1127, 2008 [42] A. Borrero, J. P. Bravo, S. F. Mora, S. Velásquez and F. E. Segura-Quijano ,Design and fabrication of SAW pressure, temperature and impedance sensors using novel multiphysics simulation models, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 203, pp. 204–214, 2013 [43] A. Baracu, A.-M. Gurban, I. Giangu, F. Craciunoiu, V. Buiculescu, A. Dinescu, R. Müller, L. Rotariu, C. Bala, C. Mitrea, Selective chemical sensor for liquid specimens based on lithium tantalate surface acoustic wave devices, Proc. of CAS, Oct. 2015, Sinaia, pp. 271-274, 2015 [58] Desmond Stubbs, Development of an Acoustic Wave Based Biosensor for Vapor Phase Detection of Small Molecules, teza doctorat, Georgia Institute of Technology, 2005 [59] David Morgan, Surface Acoustic Wave Filters – With Applications to Electronic Communications and Signal Processing, 2nd Edition, Elsevier, 2007 [60] S. Jose, R.J.E. Hueting, A.B.M.Jansman, Modelling of Bulk Acoustic Wave Resonators for Microwave Filters, 11th Annual Workshop on Semiconductor Advances for Future Electronics and Sensors, Veldhoven, Netherlands, pp. 558 – 561, November 2008 [68] A. Müller, I. Giangu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Dinescu, G. Konstantinidis, Sezawa Propagation Mode in GaN on Si Surface Acoustic Wave Type Temperature Sensor Structures Operating at GHz Frequencies, IEEE Electron Device Letters, vol. 36, no. 12, pp. 1299 – 1302, 2015 [69] S. Petroni, G. Tripoli, C. Combi, B. Vigna, M. De Vittorio, M. T. Todaro, G. Epifani, R. Cingolani, and A. Passaseo, Noise reduction in GaN-based radio frequency surface acoustic wave filters, Applied Physics Letters, vol. 85, pp. 1039 – 1041, 2004 [71] Heli Jantunen, A novel low temperature cofiring ceramic (LTCC) material for telecommunication devices, teza de doctorat, University of Oulu, Department of Electrical Engineering and Infotech Oulu, 2001 [84] X. Lu, J. Ma, C. P. Yue, K. M. Lau, A GaN-Based Lamb-Wave Oscillator on Silicon for High-Temperature Integrated Sensors, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 23, no 6, pp. 318-320, June 2013 [86] K-Y. Wong, W.C.W. Tang, K. M. Lau, K. J. Chen, Planar Integration of SAW Filter with HEMT on AlGaN/GaN Heterostructure Using Fluoride-based Plasma Treatment, IEEE Ultrasonics Symposium, pp. 281-284, 2006 [87] T. Kostopulous, A. Stavrinidis, I. Giangu, G. Stavrinidis, V. Buiculescu, A. Stefanescu, G. Konstantinidis, A. Muller, Monolithic Integration of HEMT with Temperature SAW Based Sensor, MEMSWAVE 2014, La Rochellem, 2014 [88] A. Müller, G. Konstantinidis, A. Dinescu, A. Stefanescu, A. Cismaru, V. Buiculescu, I. Giangu, G. Stavrinidis, A. Stavrinidis, Single resonator GaN/Si SAW based temperature sensor, TechConnect World 2013, Washington, DC, USA, 2013


26

[96] H. Oh, W. Wang, K. Lee, I. Park, and S. Sik Yang, Sensitivity improvement of wireless pressure sensor by incorporating a SAW reflective delay line, International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, vol. 1, no. 4, pp. 940 – 954, 2008 [97] A. Müller, A. Stavrinidis, I. Giangu, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Pantazis, A. Dinescu, G. Boldeiu, G. Konstantinidis, High sensitivity, GHz operating SAW pressure sensor structures manufactured by micromachining and nano-processing of GaN/Si, IEEE MTT-S Internationl Microwave Symposium Digest, San Francisco, California, May 2016 [98] X. Mu, P. Kropelnicki, Y. Wang, A. B. Randles, K. T. Chuan Chai, H. Cai, Y. D. Gu, Dual mode acoustic wave sensor for precise pressure reading, Appl. Phys. Letters, vol. 105, p. 113507, 2014 [99] I. Giangu, G. Konstanidis, A. Dinescu, A. Stavrinidis, A. Stefanescu, G. Stavrinidis, A. Müller, Analysis of GHz operating SAW resonators manufactured on GaN membranes as pressure and temperature sensors, MEMSWAVE 2016, Bucharest, Romania, July 2016 [100] I. Giangu, G. Stavrinidis, A. Stefanescu, A. Stavrinidis, A. Dinescu, G. Konstantinidis, A. Müller, Pressure sensors based on high frequency operating GaN FBAR, Proceedings of International Semiconductor Conference CAS 2015, Sinaia, Romania, pp. 99-102, 2015 [101] A. Müller, D. Neculoiu, G. Konstantinidis, D. Vasilache, A. Dinescu, A. Stavrinidis, G. Deligiorgis, M. Danila, K. Tzagaraki, A. Cismaru, C. Buiculescu, I. Petrini, A.A. Muller, D. Dascalu, GHz FBAR and SAW resonators manufactured ON GaN/Si, IEEE International Semiconductor Conference CAS, Sinaia, Romania, pp. 319 – 322, 2009 [102] I. Giangu, V. Buiculescu, G. Konstantinidis, K. Szaciłowski, A. Stefanescu, F. Bechtold, K. Pilarczyk, A. Stavrinidis, P. Kwolek, G. Stavrinidis, J. Mech, A. Müller, Development and Experimental Results on LTCC Packages for Acoustic Wave Sensing Devices, ROMJIST, vol. 17, no. 4, pp. 320–339, 2014 [103] I. Giangu, G. Stavrinidis, A. Dinescu, N. Kornilios, A. Stavrinidis , A. Stefanescu, M. Pasteanu, G. Konstantinidis, A. Müller, Pressure sensors based on GHz operating GaN/Si acoustic devices, MEMSWAVE 2015, Barcelona, Spain, July 2015 [104] I. Giangu, V. Buiculescu, A. Müller, Temperature monitoring based on SAW resonator reflection coefficient measurement in a wired RF system, SAW Sensor Symposium, Austria, 2014 [116] E. G. Farr, A power wave theory of antennas, International Conference on Ultra-Wideband (ICUWB), pp. 7-12, 2013 [120] L. W. Mayer, and A. Scholtz, Efficiency measurement method for UHF transponder antennas, First Int. EURASIP Workshop on RFID Technology, pp. 17–20, 2007 [130] P. V. Nikitin, K. V. S. Rao, and R. D. Martinez, Differential RCS of RFID tag, Electron. Lett., vol. 43, no. 8, pp. 431-432, 2007 [132] V. Buiculescu, I. Giangu, Broadband backscattering modulators for radiation pattern measurement of small antennas with flexible impedance loading, Proc. Intl. Semiconductor Conference - CAS-2016, Sinaia, Romania, pp. 75-78, 2016 [133] http://www.skyworksinc.com/uploads/documents/200104D.pdf, AS186-302LF data sheet

http://www.skyworksinc.com/uploads/documents/200104D.pdf,

rezumat - old.upb.ro · 1.3 conținutul tezei de doctorat ... parte și de alta a idt-ului, cu...

Documents