Mems teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatör tasarımı ve üretimi

Abstract

Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) teknolojisi tabanlı kapasitif duyargalar, literatürde yaygın olarak araştırılmaktadır. Düşük maliyete ve yüksek hassasiyete sahip bu duyarga yapıları günümüzde havacılık ve uzay, biyomedikal, otomotiv endüstrisi gibi farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında MEMS teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatör tasarımı ve üretimi sunulmuştur. İlk olarak, MEMS yapısının teorik analizi yapılmıştır. Daha sonra, sonlu elemanlar yöntemi kullanan Elmer FEM yazılımı ile benzetim çalışmaları tamamlanmıştır. Yapının Elmer FEM ile doğrulanması sonrasında üretim maske seti tasarlanmıştır. Tasarlanan yapı ODTÜ MEMS merkezinde ürettirilmiştir. MEMS teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatörün işlevsellik testleri, Pamukkale Üniversitesi MEMS laboratuvarında yapılmıştır. İşlevsellik testleri kapsamında ölçülen değerler, teorik ve benzetim çalışmaları sonucu elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, MEMS rezonatörün kütle cevabının tersi ise yaklaşık olarak 499 pg/Hz elde edilmiştir. Tez kapsamında üretilen MEMS teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatörün işlevselliği gösterilmiş olup bu çalışmanın kütle algılama uygulamalarda kullanılabileceği düşünülmektedir.

Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology based capacitive sensors have been extensively researched in the literature. Today, these sensors having low cost and high sensitivity are used in the different applications such as aerospace, biomedical and automotive industry. In the scope of the thesis study, the design and fabrication of the MEMS Technology-based capacitive resonator are presented. Firstly, the theoretical analysis of the MEMS structure is performed. Then, the simulation studies are completed by using Elmer FEM software depending on the finite element method. After the verification of the MEMS structure with Elmer FEM simulation software, the fabrication mask set is designed. The designed structure is fabricated in the METU MEMS CENTER. The functionality test of the MEMS resonator is performed in the MEMS Laboratory at Pamukkale University. The values obtained during the functionality test are compared with those of the design and simulation. Furthermore, the inverse of the mass responsivity of the MEMS resonator is approximately obtained as 499 pg/Hz. The functionality of the MEMS technology based capacitive resonator fabricated in the scope of the thesis is demonstrated, and it is thought that the current study can be used in implementations of the mass sensing.