Geri Dön

Design, fabrication, and applications of multi-mode nanoelectromechanical systems

Çok modlu nanoelektromekanik sistemlerin tasarım, üretim, ve uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 470061
  2. Yazar: ATAKAN BEKİR ARI
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Makine Mühendisliği, Science and Technology, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 98

Özet

Sistemlerin minyatürleştirilmesi ile birlikte mikroelektronik, entegre devre, ve MEMS bazlı sensorler geniş marketlere açılabildi. Mikrofabrikasyon tekniklerindeki gelişmeler sayesinde artık bir mikrondan daha küçük boyutlu yapılar üretilebiliyor. Bu yapıların elektronik cihazlarla kontrolü NEMS alanının başlamasına sebep olmuştur. NEMS, çok küçük boyutları ve yüksek frekanslı tepkileri sayelerinde harici uyarıları rakipsiz bir hassaslıkla ölçebilir. Bu özellikler sayesinde NEMS, sensor uygulamaları için mükemmel bir seçenektir. Günümüzde NEMS, akademik araştırma araçları olmaktan çıkıp seri imalat ile üretilip geniş ölçekte tümleşen cihazlar haline geliyor. Yüksek modlardan elde edilen bilgi NEMS'lerin kabiliyetlerini oldukça arttırıyor. Bu sebeple, yüksek mod uygulamalarında kullanılmak üzere bu modlara ulaşabilen NEMS ürettik. Bu cihazların üretimi, UNAM ve ARL gibi Bilkent Üniversitesi araştırma laboratuvarlarında gerçekleştirildi. Mikrondan küçük yapıların üretimi için elektron demeti litografisinden yararlandık. Termal ve elektron demeti eriticileri ise metalizasyon aşamalarında kullanıldı. Çift ankastreli yapıların serbest bırakılması ise anisotropik silikon nitrat ve isotropik silikon kuru aşındırma teknikleriyle gerçekleştirildi. Üretimin her adımında SEM ve profilometre ile niteleme yapıldı. Üretimi tamamlanan cihazlar ölçümler için baskılı devre kartlarına tutturuldu. Tümleşik bir teknik olan elektrotermal sürücü NEMS'i yüksek modlara sürmek için kullanıldı. Oluşan nanomekanik hareketlerin ölçümü ise piezoresistif frekans-aşağı-kaydırma ile yapıldı. Ölçümleri yüksek frekanslı elektronik ekipman ile yaptık. Bu NEMS'leri kullanarak iki yeni uygulama üzerinde çalışma yaptık. İlk olarak, modlar arası eşleşme etkisini yüksek modlarda kullanmak üzere çift ankastreli kirişler üzerinde çalıştık. Çift ankastreli bir kiriş resonans frekansında sürüldüğü zaman diğer bütün modları değişime uğrar. Bu etkinin sebebi çift ankastreli yapının kirişin uzamasını engelleyerek kiriş üzerine bir gerilim uygulamasıdır. Bu modlar arası eşleşme metodunu kullanarak, bir nanomekanik resonatörü doğal frekansında sürerken, yüksek modlarını sırasıyla yokladık. Ölçüm ekipmanımızın limitinin çok üstünde olan 840 MHz'e kadar mekanik mod ölçümü yapmayı başardık. Modlar arası eşleşme metodunu ölçümü zor olan yüksek modların ölçümü için yeni bir araç olarak sunuyoruz. Son olarak, yapıların enerjisini emen enerji sönümleyicileri nano boyuta adapte ettik. Enerji sönümleyiciler yakınlarındaki yapıların enerjilerini kendi faz uzaylarında hapsedebilen lineer osilatörlerdir. Bu enerji sönümleyicilerin frekansları optimum bir şekilde düzenlendiğinde sonsuz sayıdaki sönümleyicinin etkisini sonlu sayıda sönümleyici kopya edebiliriz. Bu cihazları kullanarak gerçek zamanlı enerji kaybı kontrolü yapalabilen bir NEMS platformu tasavvur ettik. Bu yapıları test etmek amacıyla deneysel bir düzenek kurduk. Enerji sönümleyicili ve enerji sönümleyicisiz NEMS'leri karşılaştırarak enerji sönümleyicilerin nano boyutta enerji kaybı kontrolü için kullanılabileceğini gösterdik.

Özet (Çeviri)

Miniaturization of systems allowed wide spread consumer use of microelectronics, integrated circuits and MEMS based sensors. Thanks to the advancement in microfabrication methods, it is possible to build structures with submicron dimensions. The integration of electronic control to these submicron structures started the NEMS field. Due to their minuscule dimensions and very high frequency response, NEMS can sense external perturbations with unprecedented sensitivity. This made NEMS excellent candidates for sensor applications. NEMS are starting to evolve from academic research tools to become mass produced and large scale integrated sensing devices. Information extracted from the higher order modes further increase the capabilities of NEMS. In order to attain this extra information, we fabricated NEMS that can reach higher order mechanical modes. Every step of fabrication was done at Bilkent University research facilities such as UNAM and ARL. To pattern the submicron feature sizes, we relied on electron beam lithography. Thermal and electron beam evaporators were deployed for metallization of contacts and etch mask. In order to suspend the doubly clamped beams, we developed anisotropic silicon nitride and isotropic silicon dry etch recipes. At each step of the fabrication, tools such as SEM and stylus profilometer was utilized for characterization. Fabricated NEMS were wirebonded to printed circuit boards for detection. Electrothermal actuation, an integrated method, was chosen to drive the nanomechanical resonator to its higher order modes. Piezoresistive down-mixing, another integrated method to complement the actuation, was used to detect the resulting nanomechanical motion. We used high frequency electronic equipment to detect RF range responses of our NEMS. Using these NEMS, we studied two novel applications on intermodal and mechanical coupling. First, we investigated intermodal coupling effect of doubly clamped beams in order utilize this coupling effect in higher order mode detection. When a doubly clamped beam is excited at its resonance frequency, every other mode of the device gets tuned. This occurs due to the clamping on both sides preventing longitudinal elongation and causing a stress on the beam. Using intermodal coupling method, we probed higher order modes of a nanomechanical resonator while tracking the fundamental frequency at the same time. We were able to detect mechanical modes up to 840 MHz, well out of the detection limit of our setup. We propose intermodal coupling as a novel detection method to acquire frequency response of NEMS at higher order modes which can not be detected with conventional methods. Finally, we studied nano scale energy sinks that absorb energy from a another structure. Energy sinks are linear oscillators that can trap the energy of a nearby structure within their phase space. When the natural frequency of these sinks are distributed optimally, infinite number of sinks can mimic absorption of infinite sinks. We envisioned a real time dissipation controlled NEMS platform by deploying energy sinks. In order to test energy sink performance at nano scale, we devised an experimental setup, comparing identical nanomechanical resonators with and without energy sinks. We have shown that energy sinks successfully absorb energy of a resonator at nanoscale.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    310571

    Mikro ölçekte elektrosprey sistemi üretimi ve karakterizasyonu

    Micro scaled electrospray system fabrication and characterization

    MUHAMMET RAGIP ABDULLAHOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN KIZIL

  2. Tez No

    496339

    Frequency-selective remote actuation via continuous beam spans

    Sürekli kiriş dizileri yardımıyla frekans-seçici uzaktan tahrik

    JABER SALAMAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN

  3. Tez No

    650344

    Design of pattern reconfigurable antennas by using characteristic mode theory

    Karakteristik mod teorisini kullanarak örüntüsü değiştirilebilir anten tasarımı

    TOLUNAY AYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LALE ALATAN

  4. Tez No

    485324

    Kısmi yüklü dalgakılavuzları ile mikrodalga cihazı tasarımının ters saçılma ve optimizasyon problemi olarak incelenmesi

    Analysis of partially filled waveguides for the synthesis of microwave devices as an inverse and optimization problem

    AHMET AYDOĞAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR

  5. Tez No

    826774

    Basık sfereoid geometrisinde çoklu rezonansa sahip piezoelektrik seramik dönüştürücülerin üretimi ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterisation of multimode piezoelectric ceramic transducers with oblate spheroid form

    AYLİN ÖTÜN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Mühendislik BilimleriGebze Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EBRU MENŞUR ALKOY

Geri Dön