CMOS-compatible scalable microfabrication of graphene polymeric strain gauge arrays
Grafen polimerik gerinim ölçer dizininin CMOS uyumlu ölçeklenebilir mikrofabrikasyonu
- Tez No: 643467
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KAYA YAPICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), küçük biçim faktörü, aşırı yüksek hassasiyet, düşük maliyet ve ölçeklenebilirlik gibi özelliklerinden dolayı yıllar içinde algılama uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çeşitli algılama ilkeleri arasında, piezorezistif etkinin, standart mikro elektronik fabrikasyon teknikleriyle uyumluluk, yapısal ve çevresel izleme gibi çeşitli alanlarda piezorezistif sensörlerin yaygın kullanımına hizmet etmesini sağlayan tek yongalı veya heterojen entegrasyon yeteneği okuma devresi ile gerilim algılama uygulamalarında kritik olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, ölçü faktörü (GF) olarak adlandırılan gerinim ölçerlerin hassasiyeti, polimerik altlıklar üzerindeki ticari metal-varak göstergeleri için tek rakamlarla (~2) sınırlıdır. Tek kristal yapılı silikon veya polisilikon gerinim ölçerler çok daha yüksek GF değerlerine ulaşır, ancak daha küçük gerilmeler ve ek işlem adımları pahasına daha yüksek cihaz maliyetlerine yol açan orta ila yüksek seviyelerde doping gereksinimi mevcuttur. Öte yandan, sp2 hibritlenmiş karbon atomlarının iki boyutlu (2D) bal peteği yapısı olan grafen, standart yarı iletken süreç akışlarına entegre edilebilmesi koşuluyla, kendine özgü mekanik ve elektriksel özelliklerinden dolayı gerilim algılama uygulamaları için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu tez, durağan kimyasal ve mekanik özellikleri nedeniyle SU-8'in seçildiği esnek, polimerik yapısal katmanlar üzerinde sıralanmış formatta grafen gerinim ölçerlerin mikrofabrikasyonunu rapor eder. Deneysel karakterizasyon sonuçları gösteriyor ki, üretilen grafen gerinim göstergeleri, grafen katmanlarının iyi tanımlanmış, ölçeklenebilir ve entegre devreye dayalı cihaz formatına başarılı bir şekilde entegrasyonunu doğrulayan Raman sonuçlarıyla birlikte, GF değerlerinde 300'e kadar, iki kat büyüklüğünde artış elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Over the years, microelectromechanical systems (MEMS) have been utilized widely in sensing applications due to their characteristics such as small form-factor, ultra-high sensitivity, low-cost and scalability. Among the various sensing principles, piezoresistive effect has proved to be critical for strain sensing applications, owing to several advantages including compatibility with standard microelectronic fabrication techniques, ability for either monolithic or heterogeneous integration with readout circuitry which have rendered widespread use of piezoresistive sensors in various fields like structural and environmental monitoring. However, the sensitivity of strain gauges otherwise referred to as the gauge factor (GF) is limited to single digits (~ 2) for commercial metal-foil gauges on polymeric substrates. Single crystal silicon or polysilicon strain gauges achieve much higher GF values but at the expense of smaller ultimate strains and need for moderate to high levels of doping translating into additional process steps and higher device costs. On the other hand, graphene, a two-dimensional (2D) honeycomb structure of sp2 hybridized carbon atoms has vast potential for strain sensing applications due to its distinctive mechanical and electrical properties, provided that it can be integrated into standard semiconductor process flows. This thesis reports on the microfabrication of graphene strain gauges in arrayed format on flexible, polymeric structural layers where SU-8 was selected due its stable chemical and mechanical properties. Experimental characterization results show that, the fabricated graphene strain gauges achieve more than two orders of magnitude increase in GF values of up to 300, along with Raman results verifying successful integration of graphene layers into device format based on well-defined, scalable and IC-compatible processes.
Benzer Tezler
- Stokastik hesaplama alternatifi olarak bit katarı hesaplama ile hatasız aritmetik işlem bloklarının tasarımı
Design of accurate arithmetic operation blocks via bit stream computing as an alternative to stochastic computing
ENSAR VAHAPOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ALTUN
- A low-power memory CMOS integrated circuit for image sensors
Görüntüleme sensörleri için düşük güç tüketen CMOS hafıza entegre devresi
MİTHAT CEM BOREYDA ÜSTÜNDAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Optical readout methods for MEMS cantilever based sensors
MEMS çubuk tabanlı algılayıcılar için optik okuma yöntemleri
ULAŞ ADİYAN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- CMOS-compatible graphene-silicon photodetectors
Başlık çevirisi yok
HAKAN SELVİ
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of ManchesterPROF. DR. DANIŞMAN YOK
- A CMOS compatible uncooled infrared detector focal plane array for night vision applications using MEMS technology
Gece görüş uygulamaları için MEMS teknolojisi kullanarak üretilen CMOS uyumlu soğutmasız kızılötesi dedektör odak düzlem matrisi
DENİZ SABUNCUOĞLU TEZCAN
Doktora
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN