[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.

[es] Las tecnologías y dispositivos de ondas acústicas han estado en uso comercial para telecomunicaciones, detección de presión para automoción, pruebas no destructivas y atención médica durante más de 60 años; su aplicación también se extiende a la industria y la academia, donde se pueden encontrar decenas de sensores físicos, químicos y biológicos. La mayoría de los dispositivos de ondas acústicas se pueden usar como sensores porque son sensibles a las perturbaciones mecánicas, químicas o eléctricas en sus superficies, pudiendo monitorear no solo los cambios de masa/densidad, sino también los cambios en el módulo elástico, la viscosidad, las propiedades dieléctricas y de conductividad. Ejemplos de sensores basados en ondas acústicas incluyen: sensores de temperatura, humedad, tensión, presión, choque, aceleración, flujo, viscosidad, contaminantes iónicos, niveles de pH, campos eléctricos, magnéticos y de radiación, gas y explosivos. La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM), representa el mecanismo de funcionamiento típico de la mayoría de los dispositivos de ondas acústicas: al aplicar un voltaje alterno a sus electrodos, la estructura experimenta deformaciones a una determinada frecuencia resonante que cambia dependiendo de las perturbaciones en su superficie, como la adición o eliminación de masa o cambios en su entorno. A pesar del uso extensivo de QCM en varias disciplinas de la ciencia y la tecnología, los dispositivos actuales de ondas acústicas de película delgada fabricados con tecnología MEMS son más pequeños, más delgados, pueden integrarse monolíticamente con circuitos CMOS y ofrecen mayor resolución, ofreciendo así producción masiva y de bajo costo de microsensores de ondas acústicas listos para ser integrados en sistemas Lab-on-a-Chip. Los resonadores acústicos de película fina (FBAR) son los últimos desarrollos en dispositivos de ondas acústicas; tienen una estructura similar a los dispositivos QCM pero con la ventaja de ser varios órdenes de magnitud más pequeños y capaces de trabajar en el rango de GHz, lo que les proporciona una sensibilidad superior. Desafortunadamente, los FBAR de tipo membrana tienen un bajo rendimiento en fabricación debido a la tensión residual y cuando funcionan como sensores tienden a ser quebradizos cuando se sumergen en entornos líquidos, mientras que los FBAR que usan espejos acústicos requieren múltiples pasos de deposición controlados con precisión para los espejos acústicos, lo que aumenta la complejidad del dispositivo y hace que su rendimiento dependa de defectos de fabricación. La señal de salida de la mayoría de los sensores de ondas acústicas es el cambio de frecuencia de sus modos de resonancia, que se correlacionan con la medición cuantitativa de los cambios físicos en la superficie de detección. Esto último representa uno de los principales inconvenientes de los actuales dispositivos de ondas acústicas; la mayoría de ellos requieren mecanismos elaborados para el control de la señal y circuitos de lectura relativamente complejos capaces de detectar cambios de frecuencia en la curva de impedancia causados por cambios en la carga acústica acoplada al resonador. Para superar ese problema, este trabajo describe el diseño, simulación, caracterización y pruebas de un sensor BAW que opera en modo longitudinal capaz de estudiar las propiedades de compresión de los fluidos al interrogar las muestras líquidas con pulsos cortos de ultrasonido. Esto permitiría aplicaciones como la identificación y clasificación de diferentes líquidos a microescala o el estudio de cambios de concentración de mezclas simplemente midiendo la diferencia en el nivel de voltaje de salida. Esta contribución supera las restricciones actuales de los resonadores acústicos de película, como la fragilidad de operación en ambientes líquidos, el alto costo de fabricación o las limitaciones en cuanto a microcanales estrechos; ofreciendo una alternativa a las aplicaciones que demandan ultra bajo consumo, miniaturización, versatilidad y facilidad de lectura.