Mems gyroscopes with capacitive enhancement

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: EMRE ERSOY

Danışman: KIVANÇ AZGIN

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez, düzlem içi tahrik hareketine sahip MEMS dönüölçerleri için yeni bir kapasitif iyileştirme yaklaşımının geliştirildiğini bildirmektedir. Çalışma, MEMS cihazının tasarım, üretim, üretim sonrası işlem ve test adımlarını ve kapasitif iyileştirme düzeneğini içermektedir. Dönülöçer, elmas şeklindeki bir bağlaşım mekanizması ile birbirine bağlanan iki özdeş kütleden oluşur. Bu bağlaşım mekanizması, sürüş modunda mod düzenlemesi sağlar. Dönüölçer, algılama modunda daha yüksek deplasmanlar elde etmek için mod eşlenebilir olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu nedenle, algılama modu rezonans frekansı, sürüş modundan daha yüksek seçilmiş, böylece frekans ayarlama elektrotları, frekansları birbirine eşleyecek şekilde ayarlayabilir. Bunun yanı sıra, mekanik gürültüyü azaltmak için yapı, arttırılmış sismik kütlesi ile geleneksel dönüölçerlerden daha büyük ve kalın olacak şekilde tasarlanmıştır. Daha büyük kapasitif alan sağlayan daha kalın yapıya rağmen, silikon aşındırmadaki en boy oranı, minimum kapasitif boşluğu sınırlar ve daha yüksek sinyal-gürültü oranı (SNR) değerlerine ulaşılmasını engeller. Bu nedenle, elde edilebilecek minimum boşluk sınırlamasını ortadan kaldırmak için bir üretim sonrası işlem yaklaşımı geliştirilmiştir. Hem sürüş hem de algılama elektrotları, en-boy oranı sınırları içinde olacak şekilde tasarlanmış ve üretimden sonra üretim sonrası işlem gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan yapı, COMSOL ortamında simülasyonlar yapılarak doğrulanmıştır. Dönüölçerin üretimi ODTÜ MEMS Merkezi'nde gerçekleştirilmektedir. Bir SOI alttaşı cihaz katmanı olarak işlenir ve yapıştırma bölgeleri (ankorlar) ve elektrot kablajı sağlayan bir alt tabaka alttaşına bağlanır. Üretilen cihazlar 48 mm x 21 mm ayak izine ve 400 μm kalınlığa sahiptir. Dönüölçerlerin sürüş modu kapasitif boşlukları, oluşturulmuş okuma elektroniği devreleri ile vakum ortamında üretim sonrası işlemden önce test edilmiştir. Kalite faktörü, sürüş modu için sırasıyla 0.075 mTorr altında 700-800 arasında bulunmuştur. Üretim sonrası işlem gerçekleştirildikten sonra, algılama elektrotlarının 25 μm olan kapasitif boşlukları 1,4 μm'ye düşürülmüş ve sürüş parmak yapıları ortalama 5,5 μm boşlukla devreye alınmıştır. Sonuç olarak, algılama elektrotlarında başlangıçtaki seviyeye göre yaklaşık 11,5 kat kapasitans artışı gözlemlenmiştir.