An in-plane MEMS gyroscope with adjustable sensitive axis
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: BATUHAN BEŞCAN
Danışman: KIVANÇ AZGIN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez, maytagging ve carouseling metotlarını herhangi bir döner platforma ihtiyaç duymadan gerçekleştirebilen bir dönüölçerin, tasarımını, üretim adımlarını ve testlerini sunmaktadır. Duyarga aynı düzlem üzerinde birbirine dik, ayrıştırılmış sismik kütleye bağlı iki eş sürüş eksenine ve bu eksenlere dik olan algılama eksenine sahiptir. İki ayrı sürüş ekseni birbirinden bağımsız sürülebilmektedir. Bu yüzden eksenlerin sürüş genlikleri, fazları ve frekansları ayarlanarak sismik kütlenin hareket şekli ayarlanabilmektedir. Böylelikle carouseling ve maytagging metotları, sürüş eksenleri ile aynı düzlemde olan algılama ekseni değiştirilerek uygulanabilir. Dönüölçer kuzey bulma performansını etkileyen en sınırlayıcı faktör olan dönüölçer belirsizliğini en düşük değere indirmek amacıyla tasarlanmıştır. Bunu gerçekleştirmek için literatürde yer alan dönüölçerlere göre dönüölçerin boyutu arttırılmıştır. Ayrıca sürüş ve algılama eksenlerinin rezonans frekanslarını eşlemek ve sinyal gürültü oranını arttırmak için frekans eşleme elektrotları yerleştirilmiştir. Duyarganın kapladığı alan 20 x 20 mm, kalınlığı ise 400 µm'dir. Teorik hesaplamalara ek olarak, algılama ve sürüş modu frekansları arasındaki ne kadar fark olması gerektiğini belirlemek ve modların frekanslarını doğrulamak için sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Bu büyüklükte bir dönüölçeri üretebilmek için farklı üretim metotları denenmiştir ve DRIE ve yapıştırma adımları için optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Üretim adımlarında cihaz katmanını oluşturmak amacıyla SOI pul, destek katmanını oluşturmak için cam ve SOI pullar denenmiştir. Kalınlığı 400 µm ve en küçük açıklığı 12 µm olan cihaz katmanı için DRIE süreci parametreleri süreç içerisinde değişken olacak şekilde optimize edilmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmalarında parmak yapılarında herhangi bir kapanma ve çimlenme sorunu olmayacak şekilde parametreler ayarlanmıştır. Sonrasında pullar Si-Au ötektik formasyonu kullanılarak birbirlerine yapıştırılmışlardır. Üretim tamamlandıktan sonra, vakum ve atmosfer koşullarında, iki farklı imalat yöntemi için duyarga karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Fakat yapılan çalışmalarda sismik kütlenin büyük olması sebebi ile sismik kütlenin tabandaki altın elektroda yapışma problemi ile karşılaşılmıştır. SOI pul iletken Si elektrotlarına izin verdiğinden, önerilen üretim sürecinde yalnızca SOI destek katmanına sahip cihazlar başarı ile üretilebilmiştir. İki farklı sürüş ekseni için rezonans frekansları 11762.5 Hz ve 11599.2 Hz olarak bulunmuştur. Algılama modu rezonans frekansı 12545.4 Hz olarak bulunmuştur. Son olarak, üretilen dönüölçer için orantı katsayısı, atmosferik basınç altında iki farklı hassas eksen için 10.4 µV/(derece/saniye) ve 12.82 µV/(derece/saniye) olarak ölçülmüştür.