[ca] Les tecnologies i els dispositius d'ones acústiques han estat en ús comercial per a telecomunicacions, detecció de pressió per a automoció, proves no destructives i atenció mèdica durant més de 60 anys; la seva aplicació també s'estén a la indústria i acadèmia, on es poden trobar desenes de sensors físics, químics i biològics. La majoria dels dispositius d'ones acústiques es poden fer servir com a sensors perquè són sensibles a les pertorbacions mecàniques, químiques o elèctriques a les seves superfícies, podent monitoritzar no només els canvis de massa/densitat, sinó també els canvis en el mòdul elàstic, la viscositat , les propietats dielèctrics i de conductivitat. Exemples de sensors basats en ones acústiques inclouen: sensors de temperatura, humitat, tensió, pressió, xoc, acceleració, flux, viscositat, contaminants iònics, nivells de pH, camps elèctrics, magnètics i de radiació, gas i explosius. La microbalança de vidre de quars (QCM) representa el mecanisme de funcionament típic de la majoria dels dispositius d'ones acústiques: en aplicar un voltatge altern als seus elèctrodes, l'estructura experimenta deformacions a una determinada freqüència ressonant que canvia depenent de les pertorbacions a la seva superfície, com l'addició o eliminació de massa o canvis al seu entorn. Tot i l'ús extensiu de QCM en diverses disciplines de la ciència i la tecnologia, els dispositius actuals d'ones acústiques de pel·lícula prima fabricats amb tecnologia MEMS són més petits, més prims, poden integrar-se monolíticament amb circuits CMOS i ofereixen més resolució, oferint així producció massiva i de baix cost de microsensors d'ones acústiques llestos per ser integrats en sistemes Lab-on-a-Chip. Els ressonadors acústics de pel·lícula fina (FBAR) són els darrers desenvolupaments en dispositius d'ones acústiques; tenen una estructura similar als dispositius QCM però amb l'avantatge de ser diversos ordres de magnitud més petits i capaços de treballar al rang de GHz, cosa que els proporciona una sensibilitat superior. Desafortunadament, els FBAR de tipus membrana tenen un baix rendiment en fabricació a causa de la tensió residual i quan funcionen com a sensors tendeixen a ser trencadissos quan se submergeixen en entorns líquids, mentre que els FBAR que usen miralls acústics requereixen múltiples passos de deposició controlats amb precisió per als miralls acústics, cosa que augmenta la complexitat del dispositiu i fa que el seu rendiment depengui de defectes de fabricació. El senyal de sortida de la majoria dels sensors d'ones acústiques és el canvi de freqüència dels seus modes de ressonància, que es correlacionen amb el mesurament quantitatiu dels canvis físics a la superfície de detecció. Això darrer representa un dels principals inconvenients dels actuals dispositius d'ones acústiques; la majoria requereixen mecanismes elaborats per al control del senyal i circuits de lectura relativament complexos capaços de detectar canvis de freqüència a la corba d'impedància causats per canvis en la càrrega acústica acoblada al ressonador. Per superar aquest problema, aquest treball descriu el disseny, la simulació, la caracterització i les proves d'un sensor BAW que opera de manera longitudinal capaç d'estudiar les propietats de compressió dels fluids en interrogar les mostres líquides amb polsos curts d'ultrasò. Això permetria aplicacions com la identificació i classificació de diferents líquids a microescala o lestudi de canvis de concentració de barreges simplement mesurant la diferència en el nivell de voltatge de sortida. Aquesta contribució supera les restriccions actuals dels ressonadors acústics de pel·lícula, com ara la fragilitat d'operació en ambients líquids, l'alt cost de fabricació o les limitacions quant a microcanals estrets; oferint una alternativa a les aplicacions que demanen ultra baix consum, miniaturització, versatilitat i facilitat de lectura.

[en] Acoustic wave technologies and devices have been in commercial use for telecommunications, pressure sensing for automotive, non-destructive testing and healthcare for more than 60 years; their application also extends to industry and academia, where dozens of physical, chemical, and biological sensors can be found. Most acoustic wave devices can be used as sensors because they are sensitive to mechanical, chemical, or electrical perturbations on their surfaces, being able to monitor not only mass/density changes, but also changes in elastic modulus, viscosity, dielectric and conductivity properties. Examples of sensors based on acoustic waves include: temperature sensors, moisture, strain, pressure, shock, acceleration, flow, viscosity, ionic contaminants, pH levels, electric, magnetic and radiation fields, gas and explosives. The Quartz Crystal Microbalance (QCM), a resonator made of a piezoelectric material sandwiched between two metallic electrodes, embodies the typical operating mechanism of most acoustic wave devices: By applying an alternate voltage to its electrodes, the structure experiences deformations at a determined resonant frequency, which may change depending on disturbances on its surface such as addition or removal of mass or changes on their environment such as temperature drift. Despite the extensive use of QCM in various disciplines of science and technology in past decades, current thin film acoustic wave devices fabricated with MEMS technology are smaller, thinner, can reach higher frequencies for improved resolution and can be monolithically integrated with CMOS circuitry, thus offering low-cost and mass production of acoustic wave microsensors ready to be integrated in Lab-on-a-Chip systems. The Thin Film Bulk Acoustic Resonators (FBAR) are the latest development thin film acoustic wave devices; they have a structure similar to QCM devices but with the advantage of being several orders of magnitude smaller and capable of work in the GHz range, which provides them with superior sensitivity. Unfortunately, membrane-type FBARs have low yield at fabrication due to residual stress and when operating as sensors they tend to be brittle when submerged in liquid environments, whereas FBARs using Bragg acoustic mirrors require multiple precisely controlled deposition steps for the acoustic mirrors, raising complexity of the device and causing its performance to be dependent on manufacturing defects. The output signal of most acoustic wave sensors is frequency shift of their resonance modes, which are correlated with quantitative measurement of physical changes on the detection surface or chemical or biological molecules bound to the chemically modified surface in the case of biosensors. The latter represents one of the main drawbacks of current acoustic wave devices; most of them require elaborate mechanisms for signal control and relatively complex read-out circuitry capable of detecting frequency shift in the impedance curve caused by changes of the acoustic load coupled to the resonator. To overcome that problem, this work describes the design, simulation, characterization and tests of a BAW sensor operating in longitudinal mode capable of studying the compressional properties of fluids by interrogating the liquid samples with short pulses of ultrasound. This would allow applications such as identification and classification different liquids at microscale or studying concentration changes of mixtures simply by measuring difference in output voltage level. This contribution overcomes current restrictions of film acoustic resonators such as fragility of operation in liquid environments, high manufacturing cost or limitations regarding narrow microchannels; offering an alternative to applications that demand ultra-low consumption, miniaturization, versatility and ease of readout.