Fabrication of cmuts based on PMMA adhesive wafer bonding
PMMA yapıştırıcılı pul bağlama yöntemiyle kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik güç çevirici (CMUT) üretimi
- Tez No: 556782
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrasonik Güç Çeviriciler (CMUTlar) geleneksel piezoelektrik ultrason dönüştürücülerine bir alternatif teşkil etmektedir. CMUTlar, ilk öncelendikleri 1990'ların ortalarında beri kapsamlı olarak araştırılıp geliştirilmektedir. İlk başta hava ortamında kullanılmak için geliştirilmiş olsalar da, sıvıya daldırılmış şekildeki uygulamalarda (tıbbi ultrason görüntüleme, tıbbi sağaltım ve sualtı görüntüleme gibi) çok daha fazla kabul görür olmuşlardır. CMUTlar mikroelektromekanik sistem (MEMS) teknolojisi kullanılarak üretilen paralel levha kondansatörleridir. Literatürde çeşitli CMUT üretim teknikleri mevcut olsa da, bu cihazların üretiminde hâlâ aşılması gereken birçok sorun bulunmaktadır. Standart üretim teknikleri kurban tabaka bırakımı ve pul bağlama olarak iki alt kategoriye ayrılmaktadır. Bu üretim teknikleriyle ilgili zorluklar; tasarım parametrelerinin en iyi hale getirilmesi, işlem karmaşıklığı, kurban tabaka ve karşılık gelen aşındırıcı seçimi, pul masrafı ve seçimi olarak sıralanabilir. Özellikle kurban tabaka bırakımı yöntemleri karmaşık üretim aşamaları barındırmaktadır. Ayrıca boşluk yüksekliği ve yarıçapı gibi yapısal parametrelerin optimizasyonunda kurban tabaka bırakımı sırasında sorunlar yaşanmaktadır. Öte yandan, pul bağlama teknikleri kurban tabaka bırakımı yöntemlerine kıyasla basitlikleri ve yapı parametreleri üzerinde daha fazla kontrol sahibi olma bakımından daha avantajlıdırlar. Ama pul bağlama teknikleri ile üretilen CMUTlar için yüksek kaliteli pul yüzeyi gerekmektedir ve bu teknikler pul yüzeyinin temizliğine çok hassastır. Bu sebeplerden dolayı, bu tezde basit, ucuz ve daha az kısıtlı bir ısıl sıkıştırma tabanlı CMUT üretim tekniği geliştirilmesi amaçlanmıştır. CMUT üretimi için önerilen pul bağlama tekniğinde polimetil metakrilat (PMMA) yapıştırıcısı ısıl sıkıştırmalı pul bağlama sürecinde bir ara tabaka olarak kullanılmaktadır. PMMA-bazlı pul bağlama tekniğinin diğer tekniklere göre avantajları düşük işlem sıcaklığı (genelde 200°C ya da daha düşük sıcaklık), puldaki kusur ve yüzey kirliliğine yüksek tolerans, yüksek yüzey enerjisi ve düşük bağlama stresidir. Bu faktörler CMUT üretiminin verimliliğine ve basitliğine katkı sağlamaktadır. Üretilen CMUTların alış hassasiyeti, ticari olarak mevcut ultrasonik dönüştürücülerle karşılaştırılabilir seviyede bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers (CMUTs) are the potential alternatives for the conventional piezoelectric ultrasonic transducers. CMUTs have been under an extensive research and development since their first development in the mid-1990s. Initially developed for air-coupled applications, CMUTs have shown far better acceptability in immersion-based applications (i.e. medical ultrasonic imaging, medical therapy, and underwater imaging) when compared to the piezoelectric ultrasonic transducers. CMUTs are parallel-plate capacitors fabricated using the Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology. Despite of the fact that various CMUT fabrication methods have been reported in the literature, there are still many challenges to address in CMUTs design and fabrication. Standard fabrication techniques are further sub-divided into the Sacrificial Layer Release Process and the Wafer Bonding methods. A number of complications are associated with these techniques, such as optimization of the design parameters, process complexity, sacrificial layer material with the corresponding etchant selection, wafer cost and selection. In particular, the sacrificial release methods consist of complex fabrication steps. Furthermore, structural parameters like gap height and radius have optimization issues during the sacrificial release process. On the other hand, the wafer bonding techniques for the CMUTs fabrication are simple and have a great control over the structure parameters in contrast to the sacrificial release methods. At the same time, the wafer-bonded CMUTs require very high quality wafer surface and have a very high contamination sensitivity. For this purpose, this dissertation aims to develop a simple, low cost and lower constraint thermocompression-based technique for the CMUT fabrication. The proposed wafer bonding technique for the CMUT fabrication in the dissertation uses Polymethyl methacrylate (PMMA) adhesive as an intermediate layer for the thermocompression wafer bonding. The advantages associated with the PMMA adhesive based wafer bonding over the other wafer bonding methods include low process temperature (usually 200 ◦C or less), high wafer surface defects and contamination tolerance, high surface energy and low bonding stresses. These factors will add cost effectiveness and simplicity to the CMUTs fabrication process. Furthermore, the achieved receive sensitivity with the reported CMUT is found comparable to the commercially available ultrasonic transducers.
Benzer Tezler
- Deep collapse mode capacitive micromachined ultrasonic transducers
Derin çökme modunda kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik çeviriciler
SELİM OLÇUM
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
PROF. DR. HAYRETTİN KÖYMEN
- Design, fabrication and operation of a very high intensity CMUT transmit array for beam steering applications
Yüksek yoğunluklu CMUT iletim dizilerinin ışın yönlendirme uygulamarı için tasarımı, üretimi ve kullanımı
TALHA MASOOD KHAN
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HAYRETTİN KÖYMEN
- A front-end integrated circuit for 3D acoustic imaging using 2D CMUT arrays
İki boyutlu KMSD dizileriyle üç boyutlu akustik görüntüleme için bir ön tümdevre
İHSAN ÇİÇEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT
- Robot kol ile doğal taş işleme için bir çerçeve önerisi
A framework proposal for natural stone processing with robotic arm
BERFİN AYBİKE KÖRÜKCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER