A new composite resonator architecture based on coupled vertical NW arrays
Kuplajlanmmış dikey nanotel dizileri tabanlı yeni bir kompozit çınlaç mimarisi
- Tez No: 482326
- 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 Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Alttaş yüzeyine dik olarak nanotellerin istiflenmesi ve meydana gelen dikey dizideki nanotellerin kuplaj membranı olarak adlandırılan membran tipi bağlama elemanları ile mekanik olarak bağlanması ile nano ölçeğinde yeni bir kompozit çınlaç mimarisi geliştirilmiştir. Kuplaj membranı kullanımı birbirleriyle komşu olmayan çınlaçların bile bağlanması sebebiyle nano ölçeğinde kısıtlı olan mekanik kuplaj araç takımı için önemli bir genişlemeye karşılık gelmektedir. Yonga üzerindeki elektronik devrelerle gelecekteki en iyi bütünleşme olasılığını güvenceye almak için çınlaçların elektromekanik karakterizasyonu elektrostatik tahrik ve piezoresistif okuma kullanarak yapılmıştır. Mekanik bağlamanın ve çoklu çınlaçların tel dizisinin frekans spektrum karakteristikleri üzerindeki etkilerini sınamak için elektriksel ölçümler sadece bağlı nanotel dizileri için değil iki ucu sabitlenmiş tekli nanoteller için de gerçekleştirilmiştir. Tasarımı sonlu eleman modal analiz simülasyonlarına dayanan, 8 nanotelden oluşan bağlı nanotel dizileri geliştirilen tepeden inme üretim şeması kullanılarak 1 um cihaz katmanına sahip yalıtkan üstü silisyum alttaştan üretilmiştir. Çınlaç ve bağlama elemanının frekans spektrumu cevabı üzerine etkileri nanotel ve kuplaj membranı uzunluklarını sistematik olarak değiştirerek çalışılmıştır. Kullanılan piezoresistif frekans indirgeme teknikleri olan iki-kaynak/1ω ve iki-kaynak/2ω şemaları ölçülen sinyal genlikleri ve sinyalin elektrot voltajına bağlılığı bakımından karşılaştırılmıştır. Genel olarak frekans spektrum ölçümleri yüksek vakumda 130 MHz'e kadar mekanik modlar sağlamıştır. 10 um cihaz katmanı kalınlığına sahip yalıtkan üstü silisyum alttaştan üretilen piezoresistif tekli silisyum nanotellerin elektromekanik karakterizasyonları literatürde ilk kez gösterilmiştir. Tekli nanotel numuneleri için 18 MHz'den 101 MHz'e kadar saptanan mekanik modlar geçirmeli elektron mikroskobu ölçümleri ile gerçek nanotel kesitinin belirlenmesi sayesinde yapılan sonlu eleman simülasyonları sonucunda ilk eğilme düzlem içi ve düzlem dışı modlarına başarıyla ilişkilendirilmiştir. Ek olarak, nanotel dizisi için spektrum ölçümleri hem geniş bir frekans aralığında dağılan hem de bir bant-geçirgen elektromekanik filtrenin tipik spektrum cevabını hatırlatacak şekilde çok yakın bir şekilde yerleşen çoklu mekanik modlara yol açmıştır. Buna karşılık, dizi içerisinde bulunan nanoteller arasındaki kaçınılmaz boyutsal benzeşmezlikler ve hassas boyutsal ölçümler eksikliği nanotel dizisi için sonlu eleman simülasyonlarının gerçekleştirilmesini karmaşıklaştırmaktadır. Bu sebeple sonlu eleman simülasyonları, müşterek dizi modlarının tekli nanotel rezonanslarından ayırarak dizi içerisindeki mekanik bağın varlığını kanıtlamak gibi daha temel konuları araştırmak için yapılmıştır. Bu maksatla, tekli nanotel ve nanotel dizilerinin elektrot voltajına bağlı olarak çınlama frekansındaki deneysel kaymalar birbirleriyle ve simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ölçümler ve simülasyonlar arasındaki bu karşılaştırmalar farklı spektrum modları için benzer ve farklı karakteristikleri ortaya çıkarmıştır.
Özet (Çeviri)
A new composite resonator architecture is developed at the nanoscale by stacking nanowires (NWs) perpendicular to the surface of a substrate and coupling the NWs in the resulting vertical array mechanically by means of a membrane-type coupling element called coupling membrane (CM). Employment of CMs corresponds to a significant expansion to rather limited mechanical coupling toolkit at the nanoscale due to connections even between non-adjacent resonators. Electromechanical characterization of resonators is performed using electrostatic actuation and piezoresistive readout to ensure the best integration possibility with on-chip electronics in the future. Electrical measurements are performed not only for coupled vertical NW arrays but also for single clamped-clamped NWs to examine effects of mechanical coupling and multiple resonators in an array on frequency spectrum characteristics. Coupled NW arrays consisting of 8 NWs designed based on finite element modeling (FEM) modal analysis simulations are fabricated using the developed top-down fabrication flow from the 1 um thick device layer of a silicon-on-insulator (SOI) wafer. Effects of resonator and coupling element on frequency spectrum response are studied separately by changing the lengths of NW and CM systematically. Two piezoresistive frequency downmixing techniques of the two-source/1ω and two-source/2ω schemes are compared in terms of detected signal amplitudes and their dependence on gate voltages. In general, frequency spectrum measurements provide mechanical modes up to 130 MHz in high vacuum. Electromechanical characterization of piezoresistive single Si NW samples fabricated in the 10 um thick device layer of a SOI substrate is demonstrated for the first time in the literature. Detected mechanical modes from 18 MHz to 101 MHz for single NW samples are successfully associated to the first flexural in-plane and out-of-plane modes using FEM simulations thanks to the determination of an actual NW cross section by TEM measurements. Moreover, NW array measurements result in multiple mechanical modes both dispersed in a wide frequency range and in close proximity such that being reminiscent of typical spectrum response of a bandpass filter. However, inevitable nonuniformity of NWs in an array and absence of accurate spatial measurements complicate implementation of FEM simulations in the NW array case. Thus, FEM simulations are conducted to investigate more fundamental issues such as proving existence of mechanical coupling between NWs in a stack by distinguishing collective array modes from an individual NW resonance. To this end, experimental resonance frequency shifts of single NW and NW array samples with respect to electrode voltages are compared between each other and with FEM results. These comparisons between simulations and measurements reveal similar and distinct characteristics simultaneously for different spectrum modes.
Benzer Tezler
- Doğal lifli kompozitlerin ses yutma performanslarının belirlenmesinde laboratuvar çalışması ve yapay zeka yaklaşımı: su kabağı lifleri-epoksi kompoziti örneği
A laboratory study and artificial intelligence approach in determining sound absorption performance of natural fiber composites: a case study of luffa cylindrica fibers-epoxy composite
OYA KESKİN
- Negative refraction using true left-handed metamaterials
Gerçek solak materyaller kullanarak negatif kırılma elde edilmesi
KORAY AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Analysis, applications, and a novel design of double negative metamaterials
Çift negatif metamalzemelerin analiz, uygulama ve yeni tasarımı
CUMALİ SABAH
Doktora
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ UÇKUN
- Silicon based dielectrics: Growth, characterization, and applications in integrated optics
Silisyum tabanlı dielektrikler: Tümleşik optikte kullanıma yönelik büyütme ve inceleme
FERİDUN AY
Doktora
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Pascal Dusapin'in 'Exeo' isimli yapıtının ses malzemesi ve doku açısından analizi ve orkestra için prımatıva resonat
Analysis of Pascal Dusapin's music named Exeo in terms of sound and texture and primativa resonat for orchestra
YUSUF İZEDDİN MESÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
MüzikMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMüzik Ana Sanat Dalı
PROF. DR. ALİ AHMET ALTINEL