Fabrication and characterization of silicon nanowire resonators
Silisyum nanotel çınlaçların üretimi ve nitelendirilmesi
- Tez No: 276941
- Danışmanlar: DR. B. ERDEM ALACA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Nano ölçekteki çesitli yapılar arasında nano teller, sahip oldukları ve genis çapta tercih edilme sebepleri olan benzersiz elektriksel ve mekanik özelliklerden ötürü özellikle dikkate değerdir. Nano tel üretim yöntemlerinin iki sınıfa ayrıldığı bilinmekte: Kendiliğinden birleşme ve yukarıdan aşağı yöntemler. Kendiliğinden birlesme yöntemlerinin nano tellerin yönelim ve ebatları üzerinde zayıf bir kontrol sunduğu, istenen yapı elde edilebilse dahi, bu kez de bütünleşme çabası esnasında büyük zorluklar çıkardığı bilinmekte. Yukarıdan aşağı yöntemler, öte yandan, nano tellerin yeri ve boyutlarına dair güçlü bir kontrol önermesine karşın, bu yöntemler genellikle kitle üretimine müsaade etmemektedir.İşbu tez çalısmasının bir amacı, Si nano tel demetlerinin çevrelerindeki mikro yapılarla kendiliğinden hizalandığı bir üretim yöntemi tanıtmaktır. Dahası, numune yüzeyine dikey doğrultuda bir demet üretimini sağlayan bu teknikte, demet içindeki nano tel sayısı da üretim sırasında belirlenebilmekte. Bir durum incelemesi olarak Si nano tel demetini çevreleyecek bir çift metal elektrot meselesi üzerine de eğilinmiştir. Böylesi bir bütünleşmenin geleneksel fotolitografi çerçevesi dahilinde gerçekleştirilmesi asıl amaç olarakbelirlenmiştir.“Elma ısırığı”etkisinden ve takiben ısıl oksitlemeden faydalanılarak Si nano tel üretimi gösterilmiştir. ve kristal yönelim ailelerine mensup Si nano teller üretilmiştir. Nihai nano teller 50?m uzunluk ve 200-350nm çaplara sahip, yani 143 ila 250 arasında değişen en/boy oranlarına haizler. Nano tellerle eş zamanlı olarak bir çift metal elektrot üretilmiştir. Geleneksel fotolitografi, ICP-DRIE (inductively coupled plasma ? deep reactive ion etching), ısıl oksitleme, metal püskürtme, CMP (chemical-mechanical polishing) üretimin temelini oluşturmaktadır.Tez çalışmasının bir diğer amacıysa nano tel karakteristiğinin, daha özelinde tellerin çınlanım davranışının araştırılmasıdır. Nano tellerin tahriği babında manyetomotor ve elektrostatik kuvvet senaryoları incelenmiş olup, çınlanım davranışının saptanması adına sığal okuma yapılması planlanmıştır. Üretilen nano tellerin karakterize edilmesi kapsamında elektriksek olarak akım/voltaj,“pull-in”ve doğru akım-alternatif akım deneyleri yapılmış, çift taraflı tutturulmuş nano tellerin orta noktalarında yarım mikron civarı büküldüğügözlemlenmiştir. Mekaniksel bağlamda, bir mikro manipülatör vasıtasıyla gerçekleştirilen sondalama deneyleri nano tellerin yüksek mertebede esnek olduğunu göstermiştir: Çift taraflı tutturulmuş haldeki teller yaklaşık 6 mikron hareket ederken, kiriş halindekilerin açıkta kalan ucunun 16 mikronluk bir uzunluğa dek kırılmadan eriştiği görülmüştür. Si nano tellerin kırılım noktaları göstermiştir ki üretilen cihazlar kuramsal değere yakın bir kırılım gücüne sahiptir.
Özet (Çeviri)
Amongst various nanoscale building blocks, nanowires are of particular interest due to their unique electrical and mechanical properties, which render them widely preferred structures. Nanowire fabrication methods are known to fall into two categories: self-assembly and top-down techniques. Self-assembly techniques are known to suffer from feeble control on the nanowire directionality and size; even desired structure to have been attained, integration challenges are to be confronted. Top-down fabrication techniques on the other hand possess a very good control on the location and dimensions of nanostructures, but these are not commonly compatible with batch production.One objective of this thesis work is to introduce a fabrication technique, where Si NW arrays are aligned with surrounding microstructures. Furthermore, the technique allows vertical array to substrate surface in where the number of nanowires is controlled by fabrication. As a case study, the problem of a pair of metallic electrodes surrounding an array of Si NWs is considered. Realization of such an integration within the boundaries of conventional photolithography is the major aim. Fabrication of Si NWs utilizing scallopingeffect and thermal wet oxidation is demonstrated. NWs in and crystal orientation families are produced. Resultant NWs had 50 ?m length and 200-350 nm diameters indicating aspect ratios varying from 143 to 250. Simultaneous to NWs, a pair of metal electrodes are fabricated. Conventional photolithography, inductively coupled plasma ? deep reactive ion etching (ICP-DRIE), thermal oxidation, metal sputtering, chemical mechanical polishing (CMP) form the basis of fabrication.Another objective is the investigation of NWs' characteristics, more specifically their resonance behavior. For actuation mechanism of the nanowires, scenarios relying upon magnetomotive force and electrostatic forces are investigated. On NW resonance behavior detection grounds, capacitive readout is planned. To characterize the produced nanowires, electrically, current versus voltage, pull-in and ac/dc experiments are carried out. Doubly clamped nanowires are observed to bend around half micron at their very midpoints. Mechanically, probing experiments via a micromanipulator revealed that nanowires areamply flexible: in doubly clamped form, they displaced approximately 6 microns while in cantilevered form, free end swept a distance of 16 microns. Fracture point of the Si nanowires assured that fabricated devices have fracture strength close to theoretical value.
Benzer Tezler
- Design and electromechanical modeling of vertically stacked silicon nanowire arrays as coupled resonators
Üst üste yerleştirilmiş silisyum nanotel dizilerinin bağlaşımlı çınlaçlar olarak tasarımı ve elektromekanik modellemesi
İSMAİL YORULMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. B. ERDEM ALACA
- MEMS compatible highly doped piezoresistive silicon nanowires: fabrication and electromechanical characterization
Başlık çevirisi yok
GÖKHAN NADAR
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Theoretical and experimental investigation of silicon nanowire waveguide displacement sensors
Eşzamanlı silikon nanokablo dalgakılavuzu yer-değişim algılayıcılarının kuramsal ve deneysel olarak incelenmesi
MUHAMMET MUSTAFA KAYKISIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN
- Mechanical characterization of silicon nanowires
Silisyum nanotellerin mekanik nitelendirilmesi
EVREN FATİH ARKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. B. ERDEM ALACA
- A new composite resonator architecture based on coupled vertical NW arrays
Kuplajlanmmış dikey nanotel dizileri tabanlı yeni bir kompozit çınlaç mimarisi
YASİN KILINÇ
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA