Mikro-Elektro Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) Y.Doç.Dr. Tayfun AKIN
Micro-Electro Electro-Mechanical Systems (MEMS) + = Micromachining Microelectronics MEMS
MEMS in Avantajlarõ! Gelişmiş yarõiletken teknolojisi! Seri üretim (batch fabrication)! Ucuz! Küçük, hafif! Elektronik devre ile beraber
Yeni Terminilojiler!MEMS (ABD)! MicroSystems Technology (MST) (Avrupa)! Micromachines (Japonya)!Silicon Micromachining (Silisyum Mikroişleme)! Microsensors, microactuators! Solid-State Sensors
Gövde Mikroişleme (Bulk Micromachining) Circuits 1-20µm Deep Boron Diffusion Silicon Substrate 250-500µm (a) Dielectrics Active Devices Circuits 4-40µm epi layer Boron Buried Layer 250-500µm (b) Active Devices Circuits 2-40µm epi layer p-n Junction Electrochemical Etch-Stop (c) 250-500µm
Yüzey Mikroişleme (Surface Micromachining) Support Anchor Microstructure Material Free-Standing Undercut Microstructure Silicon Substrate Sacrificial Layer Silicon Substrate
Honeywell Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektörü (320x240) Birim Eleman 50µm Kõzõlötesi Işõnõm Köprü Odak Düzlem Matrisi
Elektrokaplama (Electroplating) Polymer Mold Sacrificial Layer Substrate Substrate Thick Plated Microstructure
LIGA Teknolojisi
İvme Sensörü Uygulamasõ
Jiroskop Uygulamalarõ Conventional MEMS Inertial Measurement Unit Mass : 1587.5 grams 10 grams Size : 15 cm x 8 cm x 5 cm 2 cm x 2 cm x 2 cm Power : 35 W ~1 mw Survivability : 35 g s 100K g s Cost : $20,000 $500
MİKROİŞLENMİŞ JİROSKOP The University of Michigan ve General Motors
ÇİFT TİTREŞİM MODLU ÇEMBER YAPILI JİROSKOP Minimum ölçülebilir açõsal hõz: 9 /saat
Inertial Sistem Pazarõ 3500 3000 $ Value (Millions) 2500 2000 1500 1000 500 0 Military Commercial 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Year
Dünya MEMS Pazarõ Sales ($B) 16 14 12 10 8 6 Projected Growth of Worldwide MEMS Market Optical Sw ithching 21% Mass Data Storage 6% Inertial Sensors 20% Other 9% Pressure Sensors 25% Fluid Regulation and Control 19% Market Segments in 2000 4 2 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Year 2002 Yõlõ Beklentisi: $34 milyar ürün, $96 milyar sistem
MEMS 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
Kore Hollanda İsveç İsviçre Fransa İngiltere Almanya Japonya Amerika Üniversiteler/Federal Laboratuvarlar Şirketler Küçük Şirketler 0 20 40 60 80 100 120 140 Organizasyon Sayõsõ
Dünya da MEMS Yatõrõmlarõ (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 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 TU-MICROSYSTEMS Proje Yürütücüsü: Tayfun Akõn TÜBİTAK-BİLTEN BİLTEN 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 Sensörü! Endüstriyel Uygulamalar İçin silisyum metal cam! Biyomedikal Uygulamalar İçin
Üretim Aşamalarõ (1) Silisyum Kõsmõ P++ (a) Silisyum (c) P++ (b) (d)
Üretim Aşamalarõ (2) Cam Kõsmõ (a) Cam (b) (c) (d)
Üretim Aşamalarõ (3) ~1000 V ~ 300-400 ºC
12 Sensörün Serimi
Sensör Boyutlarõ 8.6 mm 11.7 mm
Isılçift Isılküme (Thermocouple) (Thermopile) T 1 T 1 T 0 T 0 + - V 1 + - V 2 =4.V 1
Yeni Isılküme Yapısı p + -difüzyon/n-polisilisyum Oksit Avantajlarõ "n-polisilisyum ve p + -difüzyon katmanlarõnõn yüksek õsõl voltaj katsayõlarõ "İmalat kolaylõğõ "Düşük maliyet p + metal n-polisilisyum Aşõndõrõlmõş bölge p-taban Dezavantajlarõ #Aşõndõrmayõ p + -difüzyonda durdurma zorluğu
metal-1 n-polisilisyum p+ p+ n-kuyu p-taban p+ p+ (a) n-kuyu p-taban p+ p+ n-kuyu p-taban
Isılküme Tipi Kızılötesi Dedektör 320 µm 185 µm
ODTÜ de CMOS ile Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektör Çalõşmasõ n+ n+ n-kuyu p-taban
Sensör ve devre beraber
IMEC Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektör!poli Si 0.7 Ge 0.3 alaşõmõ!20µmx 20µm!640 x 480
ODTÜ 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
MEMS! 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 Hazõrladõğõ MEMS Raporu www.eee.metu.edu.tr/~tayfuna