A silicon micromachined frost sensor for industrial applications
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2001
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SAİD MUTAKA KAFUMBE
Danışman: TAYFUN AKIN
Özet:Bu tez MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) teknolojisi kullanarak üretilen silisyum mikroişlenmiş buzlanma duyargasının (sensör) geliştirilmesini anlatmaktadır. Duyarga düşük maliyeti, küçük boyutları ve düşük güç kullanımı sebebiyle buzdolabı gibi ev eşyalarını da içeren pek çok endüstriyel uygulamalarda kullanılabilmektedir. Duyarga, gövde mikroişleme ve boron aşındırma-durdurma tekniği kullanılarak üretilmiş 2u«ı kapasitif ^k ve 700-1000um çaplı 2.5-6.0|j.m incelikte diyaframlı kapasitif basınç duyarga yapılan kullanmaktadır. İ nce diyaframın DC uyarımla bükülmesiyle, duyarganın kapasite değeri değişir. Buzla kaplandığında diyafram esnekliği azaldığından kolaylıkla bükülemez, diğer bir deyişle DC uyarımla kapasitesi değişmez. Dolayısıyla uygun bir okuma devresi ve protokolle duyarga üzerinde buz oluşumu tesbit edileblir. Üretilmiş bir kaç değişik duyarga MATLAB, ANSYS ve MEMCAD gibi sonlu eleman modelleme programları ile incelendi ve buz oluşumuna duyarlılığının arttırılması için gerekli optimum yap! belirlendi. Simülasyonlar sonucunda 700nmgenişliğe sahip 2. 5 pm kalınlıkta bir diyaframın 1.6 pF nominal kapasitansı olduğu ve 20 V uyarımda bu kapasitansın 57 fF değiştiği belirlendi. Diyaframın üzerinde 5 um kalınlıkta bir buz modellendiğinde ise kapasite değişimi sadece 28 fF oldu. Duyarga için gerekli okuma devresi tasarlandı ve küçük taşınabilir alumina taban üzerine yüzey monte elemanlar kullanılarak üretildi. Duyarga da aynı taban üzerinde okuma devresinin yanına yerleştirildi. Tamamlanmış sistem bir buzdolabın içine yerleştirildi ve test edildi. Test sonuçlan okuma devresinin çıkışının buzsuzken 35mV buzla 9mV değiştiğini gösterdi. Buz oluşumunun devamlı gözlenmesi sonucunda sistemin buza duyarlılığının 2.22 mV/mm olduğu ölçüldü. Bu sonuçlar ışığında geliştirilen duyarganın buz oluşumunun tesbitinde fonksiyonel ve kullanılabilir olduğu görüldü. Anahtar Kelimeler: Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS), silisyum mikroişleme, kapasitif basınç sensörü, buzdolabı, kapasitif okuma devresi ve buzlanma