MEMS Malzeme karakterizasyonu için bütünleşik bir elektrostatik mikro bükülme test yapısı tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Mikro elektromekanik sistemlerde kullanılan malzemelerin mekanik özelliklerinin, üretim yöntemleri nedeniyle, mikro boyuttaki test yapılarıyla tespit edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, eyleyici, test numunesi ve ölçüm skalası tek bir yonga üzerinde bütünleşik olarak üretilmiş bir mikro bükülme test yapısı sunulmaktadır. Tüm bileşenlerin bütünleşik olarak üretilmiş olması, benzer sistemlerde gözlenen hizalama problemini ortadan kaldırmaktadır. Yapı, iki uçtan ankastre mesnetli bir test kirişinin orta noktasından tarak tipi bir elektrostatik eyleyici ile çekilmesi esasına dayanmaktadır. Bükülme miktarı, ölçüm skalası üzerinden, görüntü işleme yöntemleri kullanılarak tespit edilmektedir. Tasarlanan yapılar yalıtkan-üzeri-silisyum pullar kullanılarak üretilmiştir. Testler sonucunda, literatürde belirtilen sonuçlarla uyumlu olarak, silisyum elastik modülü 136 GPa olarak belirlenmiştirBecause of the fabrication techniques, mechanical properties of the materials used in micro electromechanical systems should be determined by utilizing micro-scale test structures. In this study, a micro bending test structure, whose actuator, sample, and readout scale are integrally fabricated on a single chip is presented. Integrated fabrication of all components eliminates the alignment problem observed in similar systems. The structure relies on the principle of bending a double-clamped beam from its center by using an electrostatic comb drive. Deflection amount is determined by using image processing techniques on the read-out scale. Designed structures are fabricated by using silicon-oninsulator wafers. As a result of the tests, elastic modulus of silicon is determined as 136 GPa in accordance with the literature.