Development of a high yield fabrication process for MEMS based resonant mass sensors for cell detection applications
Hücre algılama uygulamaları için MEMS tabanlı yüksek randımanlı rezonant kütle sensörü fabrikasyon metodu geliştirilmesi
- Tez No: 383268
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALUK KÜLAH, YRD. DOÇ. DR. Kıvanç Azgın
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
Bu tezde, MEMS teknolojisine dayanan ve hücre algılama uygulamalarında kullanılacak biçimde tasarlanmış bir rezonant kütle algılayıcısı için yüksek verimli bir üretim metodu sunulmuştur. Esas tasarım, antikor kullanılarak aktifleştirilmiş altın yüzey üzerinde tutundurulan hücrelerin, biyo uyumlu bir kanalın içinde yerleştirilmiş halde, gerçek zamanlı elektronik okuma devresi kullanılarak algılanmasını sağlayan bir gravimetrik rezonatördür. Bu tasarımın, benzer amaçlı ürünlere karşı önemli üstünlükleri daha önceki çalışmalarda ortaya konmuştur. Ancak, bu tasarım önceki üretim yöntemleri ile üretildiğinde, ürün verimi çok düşük sınırlarda kalmaktadır. Bu doğrultuda, çalışmanın temel amacı, fabrikasyon işlem akışının genel üretim verimliliğini artırmaktır. Bu hedefe yönelik olarak, önceki nesil tasarımlara göre köklü geometri değişiklikleri yapılmaksızın rezonatör tasarımı iyileştirilmiştir. Orijinal rezonatör tasarımı, kapasitif tarak parmakları ile sürülen, katlı yay tutucuları ile sabitlenen ve merkezde geniş bir kütle alanına sahip bir yapıdır. Buna bağlı olarak, bu tezde önerilen yeni tasarım, esas tasarıma göre sadece boyutsal olarak farklılık göstermektedir ve bu sayede rezonatörlerin performansı ve dayanıklılığı artırılmıştır. Rezonatör kütle alanı üzerinde oluşturulan biyo aktif alanlar, yeni tasarlanan rezonatörler için 44 x 16 µm2 ile 248 x 128 µm2 aralığında değişmektedir; ayrıca rezonatörlerin doğal rezonans frekansları 220 kHz ve 1.47 MHz frekans değerleri aralığında farlılık göstermektedir. İkincil olarak, üretim sürecindeki işlem aşamaları azaltılarak ve olabildiğince basitleştirilerek, fabrikasyon metodu yeniden kurgulanmıştır. Yeni üretim sürecinde, serbest askıda duran parçalar üzerinde yapılan ıslak işlemlerin ortadan kaldırılması sonucunda gelişme sağlanmıştır. Bu tip ıslak işlemlerin bir kısmı doğrudan elenebilir; ama bazılarının yerine sadece denk işlevde kuru işlemler geçirilmelidir. Geliştirilen tasarımın en önemli atılımı, rezonatör parmakları arasına kaplanan hidrofobik parilen katmanı ile parmakların arasına sıvı sızmasının önlenmesi ve böylece sıvı akışı altında çalışma performansının açık biçimde artışının sağlanmasıdır. Hidrofobik parilen katmanı, ancak rezonatör yapıları serbest hale geldikten sonra kaplanabilir ve bu aşamadan sonra biyo aktif kütle alanının üst yüzeyi tekrardan temizlenmelidir. Bu amaçla, bu aşamada kullanılan ıslak işlemin yerine, yeni bir kuru aşındırma yöntemi önerilmiştir. Bu yöntem ile parilen rezonatör parmakları ve tutucuları arasına kaplanırken, merkez kütle üzerindeki aktif altın yüzeyinin açık kalması sağlanmaktadır. Önceki nesil üretim metodları; üretim başarıları, kayıpları ve verimlilik esaslarında artı ve eskilerine göre irdelenmiştir. Yeni önerilen fabrikasyon metodu, bu tecrübelerin ışığında belirlenmiştir. Böylece yeni bir üretim yaklaşımıyla, rezonatörlerin fabrikasyon verimi %5 seviyesinden %90 seviyelerine çıkartılmıştır. Ayrıca, daha önce sunulan rezonatörlerle benzer veya daha iyi performans gösteren cihazlar üretilmiştir ve bu rezonatörlerin sıvı içinde çalışma becerisi gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis reports the development of a high yield fabrication flow for MEMS based resonant mass sensors for cell detection applications. The basic design is a gravimetric resonator for real-time electronic detection of captured cells through bioactivation on gold coated active area which assures an antibody based cell capture inside a biocompatible microfluidic channel. The proposed design is demonstrated to have various advantages over its conventional counterparts. However, the yield of the previous fabrication methods is too low. Thus, the primary objective of this thesis is to increase the throughput efficiency of the fabrication process flow. For this purpose, the resonator design layouts are improved without considerable geometry modifications compared to the previous generation designs. The original resonator devices make use of capacitive comb drive fingers with wide proof mass area, and folded spring beam structure as anchor structures. Correspondingly, in this thesis, the proposed design deviates only in the manner of dimensions in order to increase the performance and endurance of the devices. Besides, the newly designed resonators are spanning a wider margin with respect to the bioactive area on the proof masses. The new designs differ from 44 x 16 µm2 to 248 x 128 µm2; and the natural resonance of these resonators start from 220 kHz and vary up to 1.47 MHz. Secondly, the fabrication method is remodeled with the aim of decreasing the number of process steps and possibly simplifying every process step. In the new fabrication flow, the improvement of process yield is achieved, after the destructive process steps such as wet processes on suspended devices are eliminated. Many of these wet process steps can be avoided; but still some of these destructive wet processes, can only be replaced with analogous dry processes. The major advantage of the design is the hydrophobic parylene coating in between fingers and springs of the resonators which avoids fluid penetration and thus, increases the resonators' performance considerably inside liquid flow. The hydrophobic parylene layer is required to be coated after the resonators are released and then, the bioactivation field needs to be cleared properly. Therefore, a novel method is developed for dry patterning which ensures the proper removal of the parylene on top of gold bioactivation site for keeping the thin parylene layer only on the fingers and anchors of the resonators. Additionally, the previous generation fabrication flows are inspected, and advantages and disadvantages of these designs are discussed by taking fabrication achievements, design trade-offs, and yield considerations into account. The new fabrication method is presented under the light of these facts. In this way, with a new fabrication approach, the yield of the fabrication is fruitfully benefited that the working devices are increased from 5% to 90%.
Benzer Tezler
- Günümüzde ısı değiştirici imalatında kullanılan yöntemler
The Methods that is used at fabrication of the heat exchangers
HÜSEYİN ÇEBİ
- Statistical design and yield enhancement of low voltage cmos VLSI circuits
Düşük gerilimli analog VLSI devrelerin istatistiksel tasarımı
TUNA B. TARIM
Doktora
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. H. HAKAN KUNTMAN
- Oled uygulamaları için ditiyenotiyofen (DTT) temelli floresans moleküllerin hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi
Syntheses and investigation of fluorescence dithienothiophene (DTT) based materials for oled applications
İPEK ÖSKEN
- Eş zamanlı mühendislik esasları ve bazı uygulama yaklaşımları
The Principles of concurrent engineering and some application approaches
EMRAH ÖZBAŞ
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY