A three axis capacitive mems accelerometer on a multi-stack substrate
Çoklu taban üzerinde üç eksenli kapasitif mems ivmeölçer
- Tez No: 851412
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN, PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: MEMS kapasitif üç eksenli ivmeölçer, MEMS kapasitif yanal ivmeölçer, MEMS kapasitif dikey ivmeölçer, SiGeB, SOI, cam-silisyum-cam, kendinden kapaklı, MEMS capacitive three-axis accelerometer, MEMS capacitive lateral accelerometer, MEMS capacitive vertical accelerometer, SiGeB, SOI, glass-silicon-glass, inherent cap
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 267
Özet
Küçük boyut, düşük fiyat ve yüksek güvenilirlikli duyarga uygulamalarının bir sonucu olarak kapasitif algılama mekanizmasına sahip mikro-elektro-mekanik sistemler (MEMS) ilgi kazanmaktadır. Bugün mikro imalat kapasitif duyargalar çeşitli alanlarda farklı yerler bulmaktadırlar. Özellikle, MEMS kapasitif ivmeölçerler ataletsel navigasyon, titreşim izleme ve robotik kontrol gibi birçok asgari ve endüstriyel alanlarda kullanılmaktadırlar. Bu uygulamaların çoğu için üç boyutlu ivme algılama bir gerekliliktir. Bu yüzden tek veya çift eksenli ivmeölçerler bir araya getirilerek üç eksenli algılama sağlanmıştır. Ancak, bu sadece paket boyutu değil aynı zamanda maliyetin artmasına neden olmaktadır. Buna ek olarak, bireysel ivmeölçerlerin hizalanamaması çapraz eksen hassasiyetine sebep olan başlıca sorundur. Bu yüzden, bu tezin amacı yekpare üç eksenli ivmeölçer üretimi için bir sürecin geliştirilmesidir. Önerilen üç eksenli ivmeölçer cam-silisyum-cam çoklu yığını kullanarak diferansiyel yatay ve diferansiyel dikey ivmeölçerlerin aynı kalıpta uygulanması ile düşünüldü. Cam-silisyum-cam çoklu yığını çift camlı modifiye cam üzerine silisyum üretim süreci ile oluşturuldu, burada yapısal kalınlık doğrultusunda 35 μm silisyum olarak seçildi. Üretim yöntemi cam-silisyum-cam çoklu yığınının oluşturulmasında son adımda anodik yapıştırma ve Au-Si ötektik yapıştırma kullanarak, dikey ivmeölçer için 2 μm'lik kapasitif açıklığın oluşturulmasına izin verir. Üst cam dikey ivmeölçer için sadece bir üst elektrot değil aynı zamanda bütün yapı için bir kapaktır. Üç eksenli ivmeölçer literatürde ilk defa cam-silisyum-cam çoklu yığınını kullanarak üretilmiştir. Üretilen ivmeölçer kalıpları 12×7×1 mm3'tür. Dikey ivmeölçer için elde edilen en iyi sistem seviye sonuçlar 10.5 μg/√Hz gürültü seviyesi, 12 μg kayma kararsızlığı, ve 122 dB dinamik aralıktır. Diğer taraftan, yatay ivmeölçer için elde edilen en iyi sistem seviye sonuçlar 4.3 μg/√Hz gürültü seviyesi, 3.3 μg kayma kararsızlığı, ve 125 dB dinamik aralıktır.
Özet (Çeviri)
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) having capacitive sensing mechanism have been recently gaining interest as a result of low-cost, small-size, and high-reliability sensors applications. Today micromachined capacitive sensors find different places in many areas. Especially, MEMS capacitive accelerometers have been using in many military and industrial applications such as inertial navigation, vibration monitoring, and robotics control. Three-axial acceleration sensing is a must for most of these applications. Hence, single or dual axis accelerometers are assembled to provide three dimensional sensing. However, this leads to increase not only packaging size but also cost. Furthermore, the misalignment of individual accelerometers is a major problem causing cross-axis sensitivity. Therefore, there is a need for the fabrication of a monolithic three-axis accelerometer. The aim of the study is to develop a process for the fabrication of a monolithic three-axis accelerometer. The proposed three-axis accelerometer is considered implementing both differential lateral and differential vertical accelerometers in the same die by using a glass-silicon-glass multi-stack. The glass-silicon-glass multi-stack is formed by a fabrication process called the double glass modified silicon on glass process (DGM-SOG), where the structural layer is selected to be 35 μm thick silicon. The fabrication process uses the anodic bonding as well as the Au-Si eutectic bonding in the last step of the formation of the glass-silicon-glass multi-stack, allowing implementing 2μm capacitive gaps for the vertical accelerometers. The top glass wafer allows implementing not only a top electrode for the vertical accelerometer, but also an inherit cap for the entire structure. The three-axis accelerometer is fabricated, for the first time in literature, by using the glass-silicon-glass multi-stack. The fabricated three-axis MEMS capacitive accelerometer die is 12×7×1 mm3.The best system level results obtained for the vertical accelerometers are 10.5 μg/√Hz noise floor, 12 μg bias instability and 122 dB dynamic range. On the other hand, the best system level result obtained for the lateral accelerometers are 4.3 μg/√Hz noise floor, 3.3 μg and 125 dB dynamic range.
Benzer Tezler
- Capacitive CMOS readouts for high performance MEMS accelerometers
MEMS ivmeölçerler için yüksek performans kapasitif okuma devreleri
UĞUR SÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Design, simulation and fabrication of a MEMS based levitated platform for laser scanner applications
Lazer tarayıcı uygulamalarına yönelik MEMS tabanlı havalandırılmış platformun tasarımı, simülasyonu ve üretimi
ONURCAN KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Determining the position andorientation of in-body medicalinstruments using reactivemagnetic field mapping
Başlık çevirisi yok
VEDAT CAVLU
- Çeşitli katkılı ve katkısız polimer yatakların sürtünme ve aşınma karakteristiklerinin deneysel tayini
Başlık çevirisi yok
VEDAT TEMİZ
Doktora
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GEDİKTAŞ
- Işınlayıcı dizileriyle doku-içi hipertermide enrji yoğunlaştırılması
Başlık çevirisi yok
ABDULLAH FERİKOĞLU
Doktora
Türkçe
1996
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. İNCİ AKKAYA