Research Article

Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması

Number: 21 January 31, 2021
EN TR

Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada Poly-Silikon ve Si3Ni4 malzemelerinden oluşan FPI diyaframları için ısıl gerilmelerin diyaframın hassasiyeti ve frekans cevabı üzerindeki etkileri teorik olarak incelenmiştir ve değerlendirilmiştir. Analitik hesaplamalar için liteatürde mevcut olan denklemler kullanılmıştır. Diyafram kalınlık ve yarıçap değerleri ortamdaki basınç değişimi ile diyaframın yerdeğiştimesinin arasında doğrusal bir ilişki olması için gerekli kısıtlamalar göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Diyaframların kalınlıkları 3 ve 4 µm olarak seçilmiştir. Yarıçapları ise 100 µm,120 µm ve 130 µm olarak seçilmiştir. Poly-Silikon diyafram sıkıştırma gerilmesine sahip olduğu ve -80 MPa ile -5MPa aralığında değiştiği kabul edilmiştir. Si3Ni4 diyaframı da germe gerilmesine sahip olduğu ve gerilme değeride 1000 MPa ile 1750 MPa arasında olduğu varsayılmıştır. Silikon diyafram da sonuçların karşılaştırılması için referans olarak kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre sıkıştırma gerilmesinin artması diyaframın hassasiyetini azaltırken frekans cevabını daha yüksek değerlere çıkarmaktadır. Poly-Silikon diyafram için -80 MPa ile -5 MPa aralığındaki sıkıştırma gerilme değerlerinde Silikon diyaframa göre daha yüksek hasssasiyete sahip iken daha düşük frekans cevabına sahiptir. Benzer olarak germe gerilmesine sahip Si3Ni4 diyaframının hassaslığı gerilme arttıkça azalmaktadır ve frekans cevabı da gerilme arttıkça artmaktadır. 1000MPa ile 1750 MPa arasında germe gerilmesine sahip Si3Ni4 diyaframı Silikon diyaframa göre daha düşük hasssasiyet göstermesine rağmen daha yüksek frekans cevabına sahiptir. Diyaframların üretimleri sırasında oluşan ısıl gerilmeler kaplama şartlarına göre kontrol edilebildiğinden bu gerilme değerlerine göre diyaframın hassasiyeti ve frekans cevabı gibi sensörün performansını belirleyen parametreler kontrol edilebilir. Literatürde mevcut olan farklı geometrilerde diyafram tasarımı ve farklı özelliklere sahip malzeme kullanılmasına ek olarak diyaframın üretimi esnasında oluşan ısıl gerilmelerde göz önüne alınarak daha geniş hassasiyete ve frekans cevabına sahip sensör tasarımı mümkün olabilir.

Keywords

References

  1. A, N., & T, S. (2016). Design and Analysis of Perforated Si-Diaphragm Based Mems Pressure Sensor for Environmental Applications. ICTACT Journal on Microelectronics, 2(1), 209–215. https://doi.org/10.21917/ijme.2016.0036
  2. Baltrušaitis, J. (2019). Measurements of CO 2 and SO 2 in Their Mixtures.
  3. Bao, X., & Chen, L. (2012). Recent Progress in Distributed Fiber Optic Sensors. Sensors (Switzerland), 12(7), 8601–8639. https://doi.org/10.3390/s120708601
  4. Bhat, K. N. (2007). Silicon micromachined pressure sensors. Journal of the Indian Institute of Science, 87(1), 115–131.
  5. Chandra Mukhopadhyay, S. (2015). Wearable Sensors for Human Activity Monitoring. IEEE Sensors Journal, 15(3), 1039–1040.
  6. Chattopadhyay, M., & Chowdhury, D. (2017). Design and performance analysis of MEMS capacitive pressure sensor array for measurement of heart rate. Microsystem Technologies, 23(9), 4203–4209. https://doi.org/10.1007/s00542-016-2842-2
  7. Cheng, L., Liu, Q., Guo, T., Jun, X., Fan, S., & Wei, J. (2015). An ultra-high sensitivity Fabry-Perot acoustic pressure sensor using a multilayer suspended graphene diaphragm. 2015 IEEE SENSORS - Proceedings, (October). https://doi.org/10.1109/ICSENS.2015.7370318 D. Giovanni. (1982). Flat and Corrugated Diaphragm Design Handbook (first ed.,). CRC Press.
  8. Dakin, J. P., Ecke, W., Schroeder, K., & Reuter, M. (2009). Optical fiber sensors using hollow glass spheres and CCD spectrometer interrogator. Optics and Lasers in Engineering, 47(10), 1034–1038. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2009.05.005

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Publication Date

January 31, 2021

Submission Date

September 10, 2020

Acceptance Date

January 31, 2021

Published in Issue

Year 2021 Number: 21

APA
Yıldız, F. (2021). Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 21, 572-580. https://izlik.org/JA28HJ59HF
AMA
1.Yıldız F. Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması. EJOSAT. 2021;(21):572-580. https://izlik.org/JA28HJ59HF
Chicago
Yıldız, Fikret. 2021. “Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması”. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, nos. 21: 572-80. https://izlik.org/JA28HJ59HF.
EndNote
Yıldız F (January 1, 2021) Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 21 572–580.
IEEE
[1]F. Yıldız, “Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması”, EJOSAT, no. 21, pp. 572–580, Jan. 2021, [Online]. Available: https://izlik.org/JA28HJ59HF
ISNAD
Yıldız, Fikret. “Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi. 21 (January 1, 2021): 572-580. https://izlik.org/JA28HJ59HF.
JAMA
1.Yıldız F. Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması. EJOSAT. 2021;:572–580.
MLA
Yıldız, Fikret. “Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması”. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, no. 21, Jan. 2021, pp. 572-80, https://izlik.org/JA28HJ59HF.
Vancouver
1.Fikret Yıldız. Isıl Gerilmelerin MEMS Fabry-Perot Optik Basınç Sensörünün Performansına Etkilerinin Araştırılması. EJOSAT [Internet]. 2021 Jan. 1;(21):572-80. Available from: https://izlik.org/JA28HJ59HF