Design and characterization of a robust MEMS membrane under residual stress
Kalıntı gerilimi altında dayanıklı MEMS diyaframların tasarımı ve karakterizasyonu
- Tez No: 623696
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
MEMS membranes are utilized as both transmitter and receiver in acoustic and ultrasound applications. Their operating frequency ranges are determined by their resonance frequencies. Thus, the resonance frequency estimation is one of the most critical part of the membrane design. In this study, two perforated circular MEMS membranes are designed and fabricated with PolyMUMPs process. The radius values are chosen as 220 µm and 205 µm to get proper operation under residual stress since this stress might cause buckling of the membrane. Finite element methods (FEM) and optical measurements are performed to extract the resonance frequencies. For the fundamental mode, the FEM results deviate 5.5% and 6.7% from the experimental work. Also, critical stress parameters of the membranes are investigated with finite element analysis. 33.4% stress relaxation is achieved for the proposed perforated membranes. Furthermore, eight different circular membranes are simulated and compared with the analytical solutions. The minimum and maximum average errors are acquired as 0.5% and 3.3% for the fundamental mode. The electrical characterizations are carried out with the impedance analyzer and results are supported by FEM. Stress was successfully managed with the help of the perforation, as verified by the experimental work and simulations.
Özet (Çeviri)
MEMS diyaframları akustik ve ultrason uygulamalarında hem verici hem de alıcı olarak kullanılır. Çalışma frekans aralıkları rezonans frekanslarına göre belirlenir. Bu nedenle, rezonans frekans tahmini diyafram tasarımının en kritik kısımlarından biridir. Bu çalışmada, iki delikli dairesel MEMS diyaframı PolyMUMPs işlemi ile tasarlanmış ve imal edilmiştir. Yarıçap değerleri, kalıntı stres altında düzgün çalışmayı sağlamak için 220 um ve 205 um olarak seçilir, çünkü bu stres diyaframın burkulmasına neden olabilir. Rezonans frekanslarını çıkarmak için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve optik ölçümler yapılır. Temel mod için, FEM sonuçları deneysel çalışmadan %5.5 ve %6.7 sapmaktadır. Ayrıca, diyaframların kritik gerilim parametreleri sonlu elemanlar analizi ile araştırılmaktadır. Önerilen delikli diyaframlar için %33.4 gerilim gevşemesi sağlanır. Ayrıca, sekiz farklı dairesel diyafram simüle edilir ve analitik çözümlerle karşılaştırılır. Minimum ve maksimum ortalama hataları temel mod için %0,5 ve %3,3 olarak elde edilir. Elektriksel özellikler empedans analizörü ile gerçekleştirilir ve sonuçlar FEM tarafından desteklenir. Stres, deneysel çalışmalar ve simülasyonlarla doğrulandığı gibi, delikler yardımıyla başarıyla yönetildi.
Benzer Tezler
- A high-performance NEMS force sensor
Yüksek performanslı NEMS kuvvet sensörü
MASOUD JEDARI GHOURICHAEI
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDEM ALACA
- A novel approach for robust identification and characterization of mechanical shock loads for structural durability assessment
Yapısal dayanım değerlendirmesi için mekanik şok yüklerinin tespiti ve işlenmesine yönelik yeni bir yaklaşım
DOĞUKAN ELİBOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KIRCA
- Design of a microfluidic platform for real-time enumeration and retrieval of low concentration of cells
Düşük konsantrasyonlu hücrelerin gerçek zamanlı sayımı ve toplanması için bir mikro akışkan platform tasarımı ve karakterizasyonu
BUKET ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- Malzeme karakterizasyonu için tek frekansta çalışabilen ayarlanabilir metamalzeme rezonatör tasarımı ve deneysel analizi
Design and experimental analysis of tunable metamaterial resonators operating at a single frequency for material characterization
ŞEVKET KÖKSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiIğdır ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SADIK ZUHUR
- Havacılık ve uzay uygulamaları için yüksek entropili alaşımların tasarımı, üretimi, karakterizasyonu ve mikro yer çekimli ortamda davranışlarının incelenmesi
Design, production, characterization, and study of behavior in a microgravity environment of high entropy alloys for aerospace and space applications
ÖMÜR CAN ODABAŞ
Doktora
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
DOÇ. DR. HAVVA KAZDAL ZEYTİN