Integration of silicon nanowires with 3D devices: Fabrication and modeling
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 473052
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Bir çok nanoelektromekanik sistemin temel yapıtaşlarından birisi olan silisyum nanoteller, algılayıcı ve elektronik cihazlarda kullanım alanı bulmaktadır. Silisyum nanotellerin modern elektronik cihazlarda daha kapsamlı kullanımının önündeki engellerden birisi, üç boyutlu tümleşik devreler ve mikroelektromekanik sistemler gibi yüksek mertebeli mimariler ile birleştirilme meselesidir. Bu kapsamda silisyum nanotellerin mikron boyutlu yapılarla yekpare şekilde tümleştirilmesi, yarı iletken üretimi ilişkili olarak önerilen halihazırdaki tekniklerin seri imalat eksikliğini gidermeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada, yüksek çözünürlüklü litografi ve derin aşındırma teknolojileri yoluyla silisyum nanotellerin 40 m derinliğine kadar silisyum alttaşı ile yekpare birleştirilebildiği gösterilmiştir. Bu teknik, sığa değişimine bağlı yerdeğiştirme algılayıcılarının yerinin silisyum nanotel tabanlı, yüksek çözünürlüklü piezorezistif sistemlere bırakabilme olanağına imkan vermektedir. Piezorezistif algılayıcıların boyutlarının bu şekilde yekpare küçültme yaklaşımı, elektrostatik bir eyleyici ile mikromekanik bir yükselticinin arasına tek bir silisyum nanotel köprü kurulması yoluyla gösterilmiştir. Piezoresistif silisyum tel tabanlı elektromekanik çınlaçların üç boyutlu cihazlara benzer bir katkısı frekans indirgeme yöntemi ile başarılmıştır. Bahsedilen çok ölçekli tümleştirme yöntemi seri üretime uygun bir şekilde gerçekleştirildiğinden, küçültülülmüş piezorezistif yapı tabanlı fiziksel ve biyolojik algılayıcı teknolojileri için önemli olası sonuçlar taşımaktadır. Tümleştirme zorluklarına ilaveten silisyum nanotellerin fiziksel algılayıcı alanında tam anlamıyla kullanımı halen gerçekleştirmemiştir. Ölçeğe bağlı taşınım özelliklerini içeren nanotel tasarımının dayandırılacağı mekanik modelleme geliştirlmesi halen ana zorluklardan birisidir. Yüzey gerilmesi, nanotelin ölçeğe bağlı mekanik özellikleri için ana bir etki olarak değerlendirlmektedir. Bu sebeple, mekanik modelleme konusunda sağlam bir kılavuz geliştirilmesi bu tür özgün mimarilerin başarılı mühendislik tasarımının gerçekleştirilmesini sağlayabilir. Bu çalışmada, mevcut analitik ve sayısal yöntemleri karşılaştırarak eğilmeye dayalı çalışan nanotel çınlaçların frekans davranışının modellenmesinde kullanılacak en uygun mühendislik aletini seçmeye yarayan bir kılavuz geliştirilmiştir. Yüzey gerilmesi katkısını içeren termomekanik nanotel davranışının analizinde halihazırdaki tekniklerin hesaplama maliyetleri sebebiyle kısıtlı kullanımları standart Cauchy-Born teorisinde sıcaklığa bağlı atomlar arası potansiyellerin kullanımı ile giderilmiştir. Bu kapsamda kristal yönelimi ve geometriye dayalı değişkenlerin kapsamlı incelenmesi, yüzey gerilmesinin silisyum nanotel mekanik davranışı konusunda oynadığı role ışık tutabilir. Bu tür bir inceleme, atomik seviyedeki yerel yüzey gerilmelerinin sürekli ortamın genel davranış ile bağdaştırılması sayesinde mümkün olmuştur. Yüzey gerilmesinin nanotel mekanik özelliklere katkısı konusundaki mevcut ihtilafları hedef alan bu çalışmadaki sonuçlar mevcut ve gelecekte geliştirilecek deneysel araştırmaların yorumunda kılavuz görevi görebilir.
Özet (Çeviri)
Silicon nanowires as fundamental building blocks in many nanoelectromechanical systems find applications in sensors and electronic devices. Extensive use of silicon nanowires in modern electronic devices faces integration challenges with the high-order architectures such as three-dimensional integrated circuits and microelectromechanical systems. A monolithic integration of silicon nanowires with microstructures can address the shortcoming of available techniques marred by the lack of batch techniques compatible with semiconductor manufacturing. In this study, a monolithic incorporation of silicon nanowires in bulk silicon with an etch depth of 40-um is demonstrated through a combination of high-resolution lithography and deep etching technology. This technique opens up new possibilities for modern sensors by replacing capacitance-based motional detection by high-sensitivity piezoresistive system via silicon nanowire use. Such monolithic approach to downscaling silicon piezoresistive sensors is presented in this study by spanning an electrostatic comb-drive actuator and a micromechanical amplifier by a single nanowire. Similar contribution of piezoresistive silicon nanowire electromechanical resonators to 3D devices is depicted based on frequency down-mixing approach as well. As this multi-scale integration is accomplished in a batch-compatible fashion, the presented technique carries significant implications for physical and biological miniaturized piezoresistive sensor technologies. In addition to integration challenges, the full potential of the miniaturized silicon nanowires in the field of physical sensors is yet to be realized. Mechanical modeling is one of the main challenges in design of nanowires with scale dependence of transport properties. Surface stress is considered as the major effect of size dependence in mechanical properties of nanowire. A sound guideline in mechanical modeling can address the successful engineering design of such unique architecture. In this work, a guideline for selecting the optimum engineering tool for the frequency response modeling of flexural nanowire resonators is introduced through a benchmarking study among analytical and numerical techniques. The limited applicability due to the associated computational cost in available approaches to analyze thermomechanical behavior of nanowires with surface stress contribution are addressed in this study by using a temperature-dependent interatomic potential in the standard Cauchy-Born theory. In this respect a comprehensive study on crystal orientation and geometrical parameters can shed light on the role played by the surface stress in determining silicon nanowire mechanical behavior. This is accomplished by linking the local surface stress at the atomic scale to the overall behavior of the continuum system. Addressing the existing controversy regarding the contribution of surface stress in the mechanical behavior of silicon nanowires, results in this work can provide a guideline for the interpretation of existing and the design of future experimental investigations.
Benzer Tezler
- Flow sensing with a piezoresistive silicon nanowire-based mems force sensor
Piezorezistif silikon nanotel tabanlı mems kuvvet sensörü ile akış algılama
LEVENT DEMİRKAZIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Silicon-based nanowires: Top-down fabrication and mechanical behavior
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA YILMAZ
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Silicon nanowires: Monolithic fabrication in thick silicon layers and nanomechanical testing
Silisyum nanotellerin kalin silisyum katmaninda yekpare üretimi ve nanomekaniksel testi
ZÜHAL TAŞDEMİR
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Development of mesoscale and microscale methods for the mechanical characterization of cells and cell-substrate ınteractions
Hücrelerin mekanik özelliklerinin ve hücre-alttaş etkileşimlerinin ölçümü i̇çin orta ve mikro ölçekte i̇ki yöntem geliştirlmesi
ONUR AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Fabrication of junctionless silicon nanowire transistors via mix and match patterning based on field emission scanning probe lithography
Alan-salımlı tarama probu litografisine dayalı karıştır ve eşleştir modelleme ile bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin üretimi
MERT ÖZDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA