Silicion micromachined capacitive pressure sensors for industrial and biomedical applications
Silisyum mikroişleme yöntemi ile üretilen endüstriyel ve biomedikal uygulamalar için kapasite basınç sensörleri
- Tez No: 75890
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Silisyum mikroişleme, kapasitif basınç sensörü, tümleştirilmiş düzlemsel bobin, silicon micromachining, capacitive pressure sensor, planar integrated coil
- Yıl: 1998
- 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: 96
Özet
Bu tezde endüstriyel ve biyomedikal uygulamalar için, silisyum mikroişleme yöntemi ile üretilen iki tip basınç sensörü anlatılmaktadır. Üretilen basınç sensörü cam taban üzerinde, kenarları sabit mikroişlenmiş diyaframın oluşturduğu kapasite değerinin basınç altında değişmesi prensibine dayanmaktadır. Mikroişleme teknikleri, tıpkı entegre devre üretiminde olduğu gibi, bu tip basınç sensörlerinin binlercesinin aynı pul üzerinde çok ucuza üretilmesini sağlamaktadır. Bu araştırma çerçevesinde ilk olarak, gövde mikroişleme, pul aşındırma ve aşınmanın bor katkılanarak durdurulması tekniklerinden oluşan silisyum mikroişlemeteknikleri geliştirildi. Mikroişlenmiş basınç sensörü tasarımında kazanılan deneyimle, altı farklı çalışma aralığında çalışan oniki farklı kapasitif basınç sensörü tasarlanmış ve aym anda üretimi gerçekleştirilmiştir. Sensörler, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde tasarlanmış ve Michigan Üniversitesi Katı-Hal Elektroniği Laboratuvarı'nda üretilmiştir. Gövde mikroişleme teknolojisi ve pul aşındırmasının bor katkısı ile durdurulması, sensörlerin üretiminde başarı ile kullanılmıştır. Endüstriyel uygulamalar için tasarlanan sensörlerin dinamik çalışma aralıkları normal hava basıncı üzerine 0- 50mmHg ve 0-1200mmHg arasında değişmekte ve her bir sensör 3.2 x 1.8mm2 alan kaplamaktadır. Ayrıca, biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere yeni bir sensör yapısı geliştirilmiştir. Yeni tasarlanan sensör insan vücudu içine yerleştirilebilir ve bu yapı ile vücuda giren tel bağlantıları olmadan, uzaktan algılama yöntemi ile ölçümler yapılabilir. Bu özellik sensör ile birlikte üretilen ve sensörün içinde bulunan, elektrokaplama tekniği ile üretilmiş bir bobin yardımı ile sağlanmaktadır. Vücut içine yerleştirilebilir sensörün boyutları 1.5mm x 2.5 mm x 0.5mm'dir ve dinamik çalışma aralığı 0-50mmHg'dır. Üretilen basınç sensörlerinin karakterizasyonu için bir test düzeneği hazırlanmıştır. Bu düzenek ile yapılan testler sonucunda 1645fF nominal kapsite değerine sahip, 0-200mmHg çalışma aralığı için tasarlanan sensörde, basınç ile lineer 175fF kapasite değişimi gözlenmiştir. Bu çalışma mikroişlenmiş kapasitif basınç sensörleri üzerine yapılan ilk ulusal çalışmadır.
Özet (Çeviri)
This thesis demonstrates the design and fabrication of two type of micromachined capacitive pressure sensors for industrial and biomedical applications. The fabricated pressure sensors are based on the deflecting micromachined thin silicon diaphragm anchored to glass substrate, forming variable capacitor with the applied pressure. Silicon micromachining process allows the implementation of thousands of pressure sensors on the same wafer, which is the main reason for low cost production, similar to the reason for low cost in the integrated circuit process. In the scope of this study, first, a number of silicon micromachining techniques have been developed, including bulk micromachining boron etch-stop,and dissolved wafer process techniques. Then, by gaining experience on micromachined pressure sensor design, a sensor block consisting of twelve capacitive pressure sensors have been designed and batch fabricated for six different pressure ranges. The design of the sensors have been completed in Department of Electrical and Electronics Engineering at Middle East Technical University, and fabricated in Solid-State Electronics Laboratory at The University of Michigan. The bulk micromachining technology and the boron etch-stop dissolved wafer process have been successfully utilized in device fabrication. The dynamic ranges of the sensors designed for industrial applications vary between 0-50mmHg and 0-1200mmHg over atmospheric pressure, and each sensor occupies an area of 3.2 x 1.8 mm2. The new sensor structure for biomedical applications can be implanted in the body and can be monitored telemetrically without using any wire that breaks the skin. This is achieved by using a gold electroplated coil, which is fabricated together with the pressure sensor. This implentable sensor measures 1.5mm x 2.5mm x 0.5mm in size and provides a dynamic range of 0-50mmHg over atmospheric pressure. A test setup has been prepared for the pressure sensor characterization. The measurements show the pressure sensor results in 175fF capacitance change for 0- 200mmHg range over 1645fF zero pressure capacitance. This research is the first national study on the design and implementation of silicon micromachined capacitive pressure sensors.
Benzer Tezler
- A silicon micromachined frost sensor for industrial applications
Endüstriyel uygulamalar için silisyum mikroişlenmiş buzlanma duyargası
SAİD MUTAKA KAFUMBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Batch-compatible microfabrication of CMUT array chips for photoacoustic imaging of tissue-like phantoms (part-II)
Doku benzeri fantomların fotoakustik görüntülenmesi için cmut dizin yongaların ölçeklenebilir mikro üretimi (2. bölüm)
MUHAMMAD RASHID MAHMOOD
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. MEHMET YILMAZ
- Mikroişlenmiş ivme ölçer üretimi ve optimizasyonu
Fabrication and optimization of micro machined accelerometers
MEHMET MURAT OKYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. HAKAN ÖZDEMİR
- MEMS gyroscopes for tactical-grade intertial measurement applications
Taktik amaçlı ataletsel ölçüm uygulamaları için MEMS dönüölçerler
SAİD EMRE ALPER
Doktora
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Design and verification of diamond based capacitive micromachined ultrasonic transducer
Elmas tabanlı ultrasonik çevirgeçler?in tasarımı ve doğrulanması
AHMET MURAT ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM