Geri Dön

Design and characterization of a robust MEMS membrane under residual stress

Kalıntı gerilimi altında dayanıklı MEMS diyaframların tasarımı ve karakterizasyonu

  1. Tez No: 623696
  2. Yazar: MUSTAFA ANIL BOZYİĞİT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2019

    Makine MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR KOCATÜRK

  2. 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

    Türkçe

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ

  3. A novel approach for identification of thermal and optical characteristics for the active layer of high power photonic devices

    Yüksek güçlü fotonik sistemlerin aktif katmanının termal ve optik özelliklerinin karakterizasyonu için yeni bir yaklaşım

    AHMET METE MUSLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ARIK

  4. Young's modulus characterization of polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chips for viscosity measurements

    Viskozite ölçümleri için tasarlanmış polidimetilsiloksan (PDMS) mikroakışkan çiplerinin young modülü karakterizasyonu

    CEYDA KÖKSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN

    DOÇ. ONUR FERHANOĞLU

  5. Design of an ultrawide band microstrip amplifier using 3D Sonnet based SVRM with particle swarm optimization

    Bir ultra-geniş bandlı mikroşerit kuvvetlendiricisinin 3-D Sonnet tabanlı DVRM kullanılarak parçacık sürü optimizasyonu ile tasarımı

    AHMET KENAN KESKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ