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)
- Tez No: 849583
- Danışmanlar: DR. MEHMET YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Microelectromechanical Systems (MEMS), Capacitive Micromachined Ultrasound Transducer (CMUT), Microfabrication, Wafer-scale Batch-Compatible Microfabrication, Dicing Saw, Fully Automated Dicing Saw Processing, Anodic Wafer Bonding, Photoacoustic Imaging (PAI)
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Bu tez çalışmasında, Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrason Dönüştürücü (CMUT) çipler, fotoakustik görüntüleme (PAI) uygulamaları için sensörler olarak kullanılmak üzere seri üretime uyarlanabilir bir şekilde üretilmişlerdir. Fotoakustik görüntüleme (PAI), görüntüleri oluşturmak için optik uyarının akustik algılamasından kaynaklanan kontrast verilerini kullanan, X-ışını radyasyonu içermeyen, invazif olmayan bir tıbbi görüntüleme teknolojisidir. CMUT sensörler, ultrasonik frekans aralığında akustik veya basınç dalgaları üreten veya tespit eden mikroelektromekanik sistem (MEMS) cihazlarıdır. CMUT cihazları paralel plakalı değişken kapasitörlerin titreşmesi prensibiyle çalışır. Titreşimli plaka elektrodundan kaynaklanan kapasitans değişimleri, CMUT hücrelerinde elektrik akımı sinyalleri oluşturur ve bunlar, anlamlı görüntüler oluşturmak üzere işlenir. Fotoakustik görüntülemede, darbeli lazer ışığı, seçici vücut dokusu veya doku benzeri malzemelerde doğal olarak oluşan foto soğurucu bileşikler veya kontrast maddeler tarafından iletilir ve emilir. Lazer darbeleri ısıya dönüştürülür, bu da doku veya doku benzeri malzemelerde termoelastik genleşme titreşimlerine neden olur. Bu titreşimler, CMUT sensörleri tarafından tespit edilebilecek doku veya doku benzeri materyaller boyunca basınç veya akustik dalgalar halinde hareket eder. CMUT sensörlerin üretimi için şeffaf alttaşlar olarak borosilikat cam (Pyrex-7740) alttaşlar seçilmiştir. CMUT sensörlerinin alt elektrotu ve alt elektrotunun üzerindeki elektrik yalıtım katmanı Pyrex alt katmanları üzerinde işlenmiştir. Anodik alttaş birleştirme, CMUT boşluk oluşturulması ve üst elektrot entegrasyon teknolojilerinden biri olarak seçilmiştir. CMUT sensörlerinin üst elektrotunun oluşturulması için temiz ve işlenmemiş SOI alttaşlar kullanılmıştır. CMUT sensörleri için titreşimli üst elektrot olarak kullanılan silikon cihaz katmanını ortaya çıkarmak için SOI alttaşın silikon tutma katmanı ve gömülü oksit (SiO2) katmanı aşındırılmıştır. Silikon cihaz katmanındaki metalizasyon katmanları, elektriksel iletkenliğin arttırılması ve CMUT üst elektrotları ile baskılı devre kartları (PCB'ler) arasındaki tel bağlama bağlantıları için biriktirilmiştir. Titreşimli üst elektrot katmanının şekillendirilmesinden sonra, CMUT çiplerini 4 inç çapındaki alttaşlardan ayırarak tekilleştirmek için yonga testeresi işlemi yapılmıştır. CMUT çiplerinin sızdırmazlığı Parylene C biriktirme yoluyla yapılmıştır. Parylene C biriktirilmesinden sonra UV ışığa duyarlı dilimleme bandı, elektriksel bağlantı pedlerini ortaya çıkarmak için yongalardan ayırılmıştır. CMUT dizi cihazları, kapasitif boşluklarının gözlemlenmesi, rezonans frekanslarının ölçülmesi, ve üretim adımlarının bütününün üretim verimliliği incelenerek karakterize edilmiştir. Tekli CMUT hücrelerinin empedans analizörü ölçümlerinden elde edilen rezonans frekansı sonuçları 5,7 MHz civarındadır. Ayrıca, CMUT hücre zarlarının küçük alternatif akım ve artımlı doğru akım uyarımı sırasında uygulanan doğru akım gerilim voltajı arttığında rezonans frekansındaki değişiklik açıkça tespit edilebilmiştir. Anahtarsoz: Mikroelektromekanik Sistemler (MEMS), Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrason Dönüştürücü (CMUT), mikrofabrikasyon, Seri üretime uygun ve ölçeklenebilir çip veya yonga üretimi, Yonga doğrama testeresi, Yonga doğrama testeresi ile tam otomatik dilimleme işlemi, Anodik alttaş birleştirme, Fotoakustik Görüntüleme.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, Capacitive Micromachined Ultrasound Transducer (CMUT) array chips are microfabricated with wafer-scale batch-compatible approaches as sensors for photoacoustic imaging (PAI) applications. Photoacoustic imaging (PAI) is a non-invasive medical imaging technology, free from X-ray radiation, that utilizes contrast data resulting from acoustic detection of optical stimulation to construct images. CMUT array devices are microelectromechanical systems (MEMS) devices that generate or detect acoustic or pressure waves within the ultrasonic frequency range. The CMUT devices function on the principle of vibrating parallel plate variable capacitors. Capacitance variations due to vibrating plate electrode create electrical current signals in CMUT cells, which are further processed to obtain meaningful results. In PAI, pulsed laser light is transmitted and absorbed by naturally occurring photo-absorber compounds or contrast agents in selective body-tissue or tissue-like materials. The laser pulses are converted into heat, resulting in thermoelastic expansion vibrations of the tissue or tissue-like materials (i.e., phantom material). These vibrations travel as pressure or acoustic waves through the tissue or tissue-like materials that may be detected by CMUT sensors. For the production of the CMUT array devices, borosilicate glass (Pyrex-7740) wafers were selected as transparent substrates. The bottom electrode and electrical insulation layer above the bottom electrode of the CMUT sensors are processed on the Pyrex substrates. Anodic wafer bonding is selected as one of the suitable CMUT gap formation and top electrode integration technologies. Clean and unprocessed SOI (silicon-on-insulator) wafers are used for the formation of the top electrode of the CMUT sensors. The silicon handle layer and buried oxide (SiO2) layer of the SOI wafer are removed in order to reveal the silicon device layer that is used as the vibrating top electrode for the CMUT sensors. Metallization stacks on the Silicon device layer have been deposited for electrical conductivity enhancement and wire bonding connections between CMUT top electrodes and printed circuit boards (PCBs). After the patterning of the vibrating top electrode layer, dicing saw processing is done to singulate the CMUT chips from 4-inch diameter wafers. Chip-scale sealing of the CMUT chips is done by conformal Parylene C deposition using UV-sensitive dicing tape as a manual mask to prevent the deposition of Paylene C on the electrical pad regions of the CMUT chips. After Parylene C deposition, UV-sensitive dicing tape is removed from chips to reveal the electrical connection pads. CMUT array devices are characterized by inspecting their capacitive gap height, measuring their resonance frequencies, and determining the integration process yield. The resonance frequency results obtained from impedance analyzer measurements of individual CMUT cells are around 5.7 MHz. Furthermore, change in the resonance frequency is clearly detectable when the applied DC bias voltage is increased during the small AC plus incremental DC excitation of CMUT cell membranes.
Benzer Tezler
- Batch-compatible micromanufacturing of a CMUT array for optoacoustic imaging of tissue-like phantoms
Doku benzeri fantomların optoakustik görüntülenmesi için CMUT dizilerinin toplu mikro üretimi
DOĞU KAAN BUĞRA ÖZYİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YILMAZ
- Process development for microfabrication of phase reversal CMUT devices for structural health monitoring and development of dynamic characterization processes for mems applications
Yapısal sağlık izleme için fazı tersine çeviren CMUT cihazlarının mikroüretimi için süreç geliştirilmesi ve MEMS uygulamaları için dinamik karakterizasyon süreçlerinin geliştirilmesi
MERVE MİNTAŞ KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. ABDULLAH ATALAR
DR. MEHMET YILMAZ
- 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
- Batch-compatible integration of nanowires with uniaxial micro tensile testing platforms
Başlık çevirisi yok
MEHMET YILMAZ
Doktora
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiColumbia UniversityMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. JEFFREY W. KYSAR
- Silicon-based nanowires: Top-down fabrication and mechanical behavior
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA YILMAZ
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA