Publication: Design and fabrication of a Novel Lamb Wave device
Abstract
Önerilen Lamb Dalgası Cihazı, klasik yapıda olduğu gibi, ince film üzerinde gecikme hattınıniki ucuna karşılıklı olarak yerleştirilmiş iki “InterDigital Transducer” yapısı içermektedir.Bununla birlikte klasik yapıdan farklı olarak, gecikme hattının üst bölümüne bir kapasitiftransdüser yapısı yerleştirilmiştir. Bu yapı gecikme hattına mekanik gerilmeuygulayabilmektedir. Kapasitif Transdüser yapısına DC potansiyel farkı uygulandığındaoluşturulan elektrostatik kuvvet gecikme hattını potansiyelle orantılı olarak aşağıya çekipbükmektedir. Sonuç olarak gecikme hattı gerginliği uygulanan DC gerilimle orantılı olarakayarlanabilir hale getirilmiştir. Uygulanan gerilme, gecikme hattı üzerinde yayılan LambDalgası hızının değişimine yol açmıştır. Dolayısıyla giriş sinyaline ayarlanabilir bir fazuygulamak mümkün hale gelmiştir. Lamb Dalgası osilatörünün osilasyon frekansı da bu şekildeayarlanabilir olmuştur. Mevcut Lamb Dalgası osilatör cihazları, ayarlama için kondansatörkullanmaktadırlar fakat kondansatör kullanımı osilatör devresinin lineerliğini bozacaktır. Bizimyaklaşımımız kondansatör gereksinimini yok etmektedir, dolayısıyla osilatörün lineerliğine vekararlılığına olumlu etkide bulunmuştur. Osilatörün kullanıldığı modülasyon katının dakararlılığı ve lineerliği arttırılmış olacaktır.Lamb Dalgası cihazı askıda kalacak şekilde oluşturulmuş bir yapıya sahip olduğundan, Qfaktörüdaha yüksektir ve ince-film kullanımı çok daha büyük bir faz hızı sağlar. Yüksek fazhızları da yüksek frekanslara çıkabilmeyi sağlamaktadır. Ek olarak, Lamb Dalgası cihazlarıSAW cihazlara kıyasla yüksek hassasiyet sağlar ve düşük faz hızına sahip özel Lamb Dalgasımodları düşük frekanslarda da çalışmaya olanak tanır. Lamb Dalgasının faz hızı sıvı içerisindeyayılarak olduğundan da düşük hale getirilebilir. Bunlar, düşük kayıplı çalışmaya olanak tanırya da sıvıların sınıflandırılmasında kullanılabilir. Azalan incelik nedeniyle Lamb Dalgasıcihazlarının ısı kapasitesi oldukça düşüktür.Bu projede yeni Lamb Dalgası cihazına ilişkin teori ve benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir,belirlenen tasarım parametrelerine göre fabrikasyon yapılmış ardından fabrikasyonu yapılancihazlara ilişkin test ve doğrulama çalışmaları gösterilmiştir.
The proposed Lamb Wave Device includes two “InterDigital Transducer” structures placedopposite each other on the two ends of the delay line on the thin film, as in the classical structure.However, unlike the classical structure, a capacitive transducer structure is placed in the upperpart of the delay line. This structure can apply mechanical stress to the delay line. When DCpotential difference is applied to the Capacitive Transducer structure, the electrostatic forcecreated pulls and bends the delay line proportionally to the potential. As a result, the delay linetension was adjusted proportionally to the applied DC voltage. The applied stress causes avariation of the velocity of the Lamb Wave propagating on the delay line. Therefore, it ispossible to apply an adjustable phase to the input signal. The oscillation frequency of the LambWave oscillator is also adjustable in this way. Current Lamb Wave oscillator devices usecapacitors for tuning, but the use of capacitors degrade the linearity of the oscillator circuit. Ourapproach eliminates the need for capacitors, so it has a positive impact on the linearity andstability of the oscillator. The stability and linearity of the modulation stage in which theoscillator is used also be increased.Since the Lamb Wave device has a suspended structure, the Q-factor is to be higher and the useof thin-film provides a much greater phase velocity. High phase velocities also enable to reachhigh frequencies. In addition, Lamb Wave devices provide high sensitivity compared to SAWdevices, and special Lamb Wave modes with low phase velocity allow operation at lowfrequencies as well. The phase velocity of the Lamb Wave can also be made lower than it is bypropagating in the liquid. They allow low loss operation or can be used to classify liquids. Dueto the reduced thinness, the heat capacity of Lamb Wave devices is quite low.In this project, theory and simulation studies of the new Lamb Wave device were carried out,fabrication was carried out according to the determined design parameters, and then test andverification studies on the fabricated devices were demonstrated.
The proposed Lamb Wave Device includes two “InterDigital Transducer” structures placedopposite each other on the two ends of the delay line on the thin film, as in the classical structure.However, unlike the classical structure, a capacitive transducer structure is placed in the upperpart of the delay line. This structure can apply mechanical stress to the delay line. When DCpotential difference is applied to the Capacitive Transducer structure, the electrostatic forcecreated pulls and bends the delay line proportionally to the potential. As a result, the delay linetension was adjusted proportionally to the applied DC voltage. The applied stress causes avariation of the velocity of the Lamb Wave propagating on the delay line. Therefore, it ispossible to apply an adjustable phase to the input signal. The oscillation frequency of the LambWave oscillator is also adjustable in this way. Current Lamb Wave oscillator devices usecapacitors for tuning, but the use of capacitors degrade the linearity of the oscillator circuit. Ourapproach eliminates the need for capacitors, so it has a positive impact on the linearity andstability of the oscillator. The stability and linearity of the modulation stage in which theoscillator is used also be increased.Since the Lamb Wave device has a suspended structure, the Q-factor is to be higher and the useof thin-film provides a much greater phase velocity. High phase velocities also enable to reachhigh frequencies. In addition, Lamb Wave devices provide high sensitivity compared to SAWdevices, and special Lamb Wave modes with low phase velocity allow operation at lowfrequencies as well. The phase velocity of the Lamb Wave can also be made lower than it is bypropagating in the liquid. They allow low loss operation or can be used to classify liquids. Dueto the reduced thinness, the heat capacity of Lamb Wave devices is quite low.In this project, theory and simulation studies of the new Lamb Wave device were carried out,fabrication was carried out according to the determined design parameters, and then test andverification studies on the fabricated devices were demonstrated.