Silicion micromachined capacitive pressure sensors for industrial and biomedical applications
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 1998
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ORHAN ŞEVKET AKAR
Danışman: Tayfun Akın
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. Anahtar Kelimeler: Silisyum mikroişleme, kapasitif basınç sensörü, tümleştirilmiş düzlemsel bobin.