mikro-elektro-mekanik sistemler (mems) -...

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL.

MikroMikro--ElektroElektro--Mekanik SistemlerMekanik Sistemler(MEMS)(MEMS)

Y.Doç.Dr. Tayfun AKIN


MicroMicro--ElectroElectro--Mechanical Systems Mechanical Systems (MEMS(MEMS))

+

MicromachiningMicroelectronics

=

MEMS


MEMS�in AvantajlarõMEMS�in Avantajlarõ

! Gelişmiş yarõiletken teknolojisi! Seri üretim (batch fabrication)! Ucuz! Küçük, hafif! Elektronik devre ile beraber


Yeni TerminilojilerYeni Terminilojiler

!MEMS (ABD)!MicroSystems Technology (MST) (Avrupa)!Micromachines (Japonya)!Silicon Micromachining (Silisyum Mikroişleme)!Microsensors, microactuators!Solid-State Sensors


Gövde Mikroişleme (Bulk Micromachining)Gövde Mikroişleme (Bulk Micromachining)1-20µm

250-500µm

Circuits

Deep Boron Diffusion

Silicon Substrate

Circuits

Active Devices

Boron Buried Layer

Dielectrics

4-40µm epi layer

250-500µm

(a)

Circuits

Active Devices

p-n Junction Electrochemical

Etch-Stop

2-40µm epi layer

250-500µm

(b)

(c)


Yüzey Mikroişleme Yüzey Mikroişleme (Surface Micromachining)(Surface Micromachining)

Free-Standing Undercut Microstructure

Silicon Substrate

Sacrificial Layer

MicrostructureMaterial

SupportAnchor

Silicon Substrate


Kõzõlötesi IşõnõmKöprü

50µm

Birim Eleman

Odak Düzlem Matrisi

Honeywell Soğutmasõz Honeywell Soğutmasõz Kõzõlötesi DedektörKõzõlötesi Dedektörüü (320x240)(320x240)


Elektrokaplama (Electroplating)Elektrokaplama (Electroplating)

Substrate Thick Plated Microstructure

Sacrificial LayerPolymer Mold

Substrate


LIGA TeknolojisiLIGA Teknolojisi


İİvme Sensörü Uygulamasõvme Sensörü Uygulamasõ


Conventional MEMS

Mass : 1587.5 grams 10 gramsSize : 15 cm x 8 cm x 5 cm 2 cm x 2 cm x 2 cmPower : 35 W ~1 mW

Survivability : 35 g�s 100K g�sCost : $20,000 $500

Inertial Measurement Unit

Jiroskop UygulamalarõJiroskop Uygulamalarõ


MİKROİŞLENMİŞ JİROSKOPMİKROİŞLENMİŞ JİROSKOPThe University of Michigan ve General MotorsThe University of Michigan ve General Motors


ÇİFT TİTREŞİM MODLU ÇİFT TİTREŞİM MODLU ÇEMBERÇEMBER YAPILI JİROSKOPYAPILI JİROSKOP

Minimum ölçülebilir açõsal hõz: 9°/saat


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1995 1996 1997 1998 1999 2000Year

$ Va

lue

(Mill

ions

) MilitaryCommercial

Inertial Sistem PazarõInertial Sistem Pazarõ


Projected Growth of Worldwide MEMS Market

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000Year

Sale

s ($

B)

Other9%

Inertial Sensors

20%

Mass Data Storage

6%

Pressure Sensors

25%

Fluid Regulation

and Control19%

Optical Sw ithching

21%

Market Segmentsin 2000

Dünya MEMS PazarõDünya MEMS Pazarõ

2002 Yõlõ Beklentisi: $34 milyar ürün, $96 milyar sistem


MEMS Ürünü Olan ŞirketlerMEMS Ürünü Olan Şirketler!Honeywell, Motorola, !Hewlett-Packard, Analog Devices!Siemens, Hitachi!Vaisala, Texas Instruments!Hughes, Lucas NovaSensors!EG&G-IC Sensors,Nippon Denso!Xerox, Delco, Rockwell


0 20 40 60 80 100 120 140

Amerika

Japonya

Almanya

İngiltere

Fransa

İsviçre

İsveç

Hollanda

Kore

Organizasyon Sayõsõ

Üniversiteler/Federal Laboratuvarlar

Şirketler

Küçük Şirketler


Dünya�da MEMS YatõrõmlarõDünya�da MEMS Yatõrõmlarõ(1995 yõlõ değerleri, Milyon Dolar)(1995 yõlõ değerleri, Milyon Dolar)

!ABD Hükümet Yatõrõmõ = $35/yõl!ABD Endüstri Yatõrõmõ = $120/yõl!Japonya Hükümet Yatõrõmõ = $30/yõl!Japonya Endüstri Yatõrõmõ = $50/yõl!Avrupa Hükümet Yatõrõmlarõ = $40/yõl


ODTÜ�de Mevcut ÇalõşmalarODTÜ�de Mevcut Çalõşmalar

!Ulusal projeler!Henüz Desteklenen Proje Yok!Başvurular Var

!Genel Kurmay, KKK, MSB ArGe, ASELSAN

!Uluslararasõ projeler!NATO SfS TU-MICROSYSTEMS (350,000 USD)!National Science Foundation (30,000 USD)


NATO SfS TUNATO SfS TU--MICROSYSTEMS MICROSYSTEMS Proje Yürütücüsü: Tayfun AkõnProje Yürütücüsü: Tayfun AkõnTÜBİTAKTÜBİTAK--BİLTEN ve ODTÜBİLTEN ve ODTÜ

! CMOS PtSi Kõzõlötesi Dedektör (T. Akõn)! IMEC, Belçika; ASELSAN

! InSb Kõzõlötesi Dedektör (C. Beşikçi)! Northwestern University; ASELSAN

! Silisyum basõnç sensörü (T. Akõn)! The University of Michigan; ELİMKO

! Isõlküme tipi kõzõlötesi dedektör (T. Akõn)


Kapasitif Basõnç SensörüKapasitif Basõnç Sensörü! Endüstriyel Uygulamalar İçin

! Biyomedikal Uygulamalar İçin

cam

silisyum

metal


Üretim Aşamalarõ (1)Üretim Aşamalarõ (1)Silisyum KõsmõSilisyum Kõsmõ

(a)

(b)

(c)

(d)

Silisyum

P++

P++


Üretim Aşamalarõ (2)Üretim Aşamalarõ (2)Cam KõsmõCam Kõsmõ

Cam(a)

(b)

(c)

(d)


Üretim Aşamalarõ (3)Üretim Aşamalarõ (3)

~ 300-400 ºC

~1000 V


12 Sensörün Serimi12 Sensörün Serimi


Sensör BoyutlarõSensör Boyutlarõ

8.6 mm

11.7 mm


Isılçift Isılküme(Thermocouple) (Thermopile)

T1

T0

V1

+ -

T1

T0

V2=4.V1

+ -


Aşõndõrõlmõş bölgep-taban

metal n-polisilisyump+

Oksit

Yeni Isılküme Yapısı

Avantajlarõ"n-polisilisyum ve p+-difüzyon katmanlarõnõn yüksek õsõl voltajkatsayõlarõ"İmalat kolaylõğõ"Düşük maliyet

Dezavantajlarõ#Aşõndõrmayõ p+-difüzyonda durdurma zorluğu

p+-difüzyon/n-polisilisyum


n-polisilisyummetal-1

p-taban

p+ p+n-kuyu

(a)p+ p+

n-kuyu

p-taban

p-taban

p+ p+n-kuyu


Isılküme Tipi Kızılötesi Dedektör

185

µm

320 µm


ODTÜ�de CMOS ile Soğutmasõz ODTÜ�de CMOS ile Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektör ÇalõşmasõKõzõlötesi Dedektör Çalõşmasõ

p-taban

n+ n+n-kuyu


Sensör ve devre beraberSensör ve devre beraber


IMEC Soğutmasõz Kõzõlötesi IMEC Soğutmasõz Kõzõlötesi DedektörDedektör

!poli Si0.7Ge0.3 alaşõmõ!20µm x 20µm!640 x 480


ODTÜ�de MEMS GrubuODTÜ�de MEMS Grubu! Orhan Akar, Yüksek Lisans, Doktora öğrencisi! Selim Eminoğlu, Doktora öğrencisi! Deniz Sabuncuoğlu, Doktora öğrencisi

!IMEC, Belçika, Soğutmasõz IR Dedektör! Haluk Külah, MS

!The University of Michigan, İvme Sensörü! Zeynel Olgun, MS! Said Emre Alper, Yüksek Lisans, Jiroskop


MEMSMEMS!Küçük, Ucuz, Hassas, Fonksiyonel!Elektronik Devre İle Birlikte

�Many scientists and engineers believe that MEMS devices may have as profound an impact on everyday life as did the microchip�


US Department of Defence�in US Department of Defence�in Hazõrladõğõ MEMS RaporuHazõrladõğõ MEMS Raporu

www.eee.metu.edu.tr/~tayfuna

mikro-elektro-mekanik sistemler (mems) -...

Documents