Design and characterization of a robust MEMS membrane under residual stress
Kalıntı gerilimi altında dayanıklı MEMS diyaframların tasarımı ve karakterizasyonu
- Tez No: 623696
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
MEMS membranes are utilized as both transmitter and receiver in acoustic and ultrasound applications. Their operating frequency ranges are determined by their resonance frequencies. Thus, the resonance frequency estimation is one of the most critical part of the membrane design. In this study, two perforated circular MEMS membranes are designed and fabricated with PolyMUMPs process. The radius values are chosen as 220 µm and 205 µm to get proper operation under residual stress since this stress might cause buckling of the membrane. Finite element methods (FEM) and optical measurements are performed to extract the resonance frequencies. For the fundamental mode, the FEM results deviate 5.5% and 6.7% from the experimental work. Also, critical stress parameters of the membranes are investigated with finite element analysis. 33.4% stress relaxation is achieved for the proposed perforated membranes. Furthermore, eight different circular membranes are simulated and compared with the analytical solutions. The minimum and maximum average errors are acquired as 0.5% and 3.3% for the fundamental mode. The electrical characterizations are carried out with the impedance analyzer and results are supported by FEM. Stress was successfully managed with the help of the perforation, as verified by the experimental work and simulations.
Özet (Çeviri)
MEMS diyaframları akustik ve ultrason uygulamalarında hem verici hem de alıcı olarak kullanılır. Çalışma frekans aralıkları rezonans frekanslarına göre belirlenir. Bu nedenle, rezonans frekans tahmini diyafram tasarımının en kritik kısımlarından biridir. Bu çalışmada, iki delikli dairesel MEMS diyaframı PolyMUMPs işlemi ile tasarlanmış ve imal edilmiştir. Yarıçap değerleri, kalıntı stres altında düzgün çalışmayı sağlamak için 220 um ve 205 um olarak seçilir, çünkü bu stres diyaframın burkulmasına neden olabilir. Rezonans frekanslarını çıkarmak için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve optik ölçümler yapılır. Temel mod için, FEM sonuçları deneysel çalışmadan %5.5 ve %6.7 sapmaktadır. Ayrıca, diyaframların kritik gerilim parametreleri sonlu elemanlar analizi ile araştırılmaktadır. Önerilen delikli diyaframlar için %33.4 gerilim gevşemesi sağlanır. Ayrıca, sekiz farklı dairesel diyafram simüle edilir ve analitik çözümlerle karşılaştırılır. Minimum ve maksimum ortalama hataları temel mod için %0,5 ve %3,3 olarak elde edilir. Elektriksel özellikler empedans analizörü ile gerçekleştirilir ve sonuçlar FEM tarafından desteklenir. Stres, deneysel çalışmalar ve simülasyonlarla doğrulandığı gibi, delikler yardımıyla başarıyla yönetildi.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of refractory high entropy WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alloys by mechanical alloying method and vacuum arc melting
Mekanik alaşımlama ve vakum ark eritme yöntemleriyle refrakter yüksek entropi WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alaşımlarının sentezi ve karakterizasyonu
AMMAR BASIL NADER ALKRAIDI
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Design and optimization of a miniature actuator using shape memory alloy (SMA) wires
Şekil hafızalı alaşım (SHA) teller ile minyatür aktüatör tasarımı ve optimizasyonu
MORTEZA TEYMOORI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR KOCATÜRK
- Uzun karbon elyaf takviyeli poliamit 6 esaslı kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of long carbon fiber reinforced polyamide 6 based composite material
EMİNE CANBAY GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA
- Doğal genleşmiş perlit ve lignoselüloz dolgulu EPDM kauçuk kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of EPDM rubber composites filled with natural expanded perlite and lignocellulose
CENNET ÇAVDAROĞLU
- Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu
Design and structural optimisation of an UAV composite wing
MUHAMMED ATIF YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ