Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS)
advertisement
Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) Y.Doç.Dr. Tayfun AKIN ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) + = Micromachining Microelectronics ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MEMS ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. MEMS’in Avantajlarõ ! Gelişmiş yarõiletken teknolojisi ! Seri üretim (batch fabrication) ! Ucuz ! Küçük, hafif ! Elektronik devre ile beraber ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Yeni Terminilojiler ! MEMS (ABD) ! MicroSystems Technology (MST) (Avrupa) ! Micromachines (Japonya) ! Silicon Micromachining (Silisyum Mikroişleme) ! Microsensors, microactuators ! Solid-State Sensors ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Gövde Mikroişleme (Bulk Micromachining) Circuits 1-20µm Deep Boron Diffusion 250-500µm Silicon Substrate (a) Dielectrics Active Devices 4-40µm epi layer Circuits Boron Buried Layer 250-500µm (b) Active Devices 2-40µm epi layer Circuits p-n Junction Electrochemical Etch-Stop 250-500µm (c) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Yüzey Mikroişleme (Surface Micromachining) Support Anchor Microstructure Material Free-Standing Undercut Microstructure Sacrificial Layer Silicon Substrate ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Silicon Substrate ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Honeywell Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektörü (320x240) Birim Eleman Kõzõlötesi Işõnõm Köprü 50µm Odak Düzlem Matrisi ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Elektrokaplama (Electroplating) Polymer Mold Sacrificial Layer Substrate ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Substrate Thick Plated Microstructure ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. LIGA Teknolojisi ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. İvme Sensörü Uygulamasõ ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Jiroskop Uygulamalarõ Conventional MEMS Inertial Measurement Unit Mass : 1587.5 grams Size : 15 cm x 8 cm x 5 cm Power : 35 W Survivability : 35 g’s Cost : $20,000 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ 10 grams 2 cm x 2 cm x 2 cm ~1 mW 100K g’s $500 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. MİKROİŞLENMİŞ JİROSKOP The University of Michigan ve General Motors ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ÇİFT TİTREŞİM MODLU ÇEMBER YAPILI JİROSKOP Minimum ölçülebilir açõsal hõz: 9°/saat ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Inertial Sistem Pazarõ 3500 $ Value (Millions) 3000 Military Commercial 2500 2000 1500 1000 500 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Year ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Dünya MEMS Pazarõ Projected Growth of Worldwide MEMS Market 16 Optical Sw ithching 21% Mass Data Storage 6% 14 Sales ($B) 12 10 8 Inertial Sensors 20% 6 Pressure Sensors 25% Market Segments in 2000 Fluid Regulation and Control 19% Other 9% 4 2 0 1993 1994 1995 1996 Year 1997 1998 1999 2000 2002 Yõlõ Beklentisi: $34 milyar ürün, $96 milyar sistem ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Kore Üniversiteler/Federal Laboratuvarlar Hollanda İsveç Şirketler İsviçre Küçük Şirketler Fransa İngiltere Almanya Japonya Amerika 0 20 40 60 80 100 120 140 Organizasyon Sayõsõ ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. NATO SfS TU-MICROSYSTEMS Proje Yürütücüsü: Tayfun Akõn TÜBİTAK-BİLTEN ve ODTÜ ! CMOS PtSi Kõzõlötesi Dedektör (T. Akõn) ! IMEC, ! InSb Belçika; ASELSAN Kõzõlötesi Dedektör (C. Beşikçi) ! Northwestern ! Silisyum ! The University; ASELSAN basõnç sensörü (T. Akõn) University of Michigan; ELİMKO ! Isõlküme tipi kõzõlötesi dedektör (T. Akõn) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Kapasitif Basõnç Sensörü ! Endüstriyel Uygulamalar İçin silisyum metal ! Biyomedikal cam Uygulamalar İçin ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Üretim Aşamalarõ (1) Silisyum Kõsmõ P++ Silisyum (c) (a) P++ (b) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ (d) ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Üretim Aşamalarõ (2) Cam Kõsmõ (a) Cam (b) (c) (d) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Üretim Aşamalarõ (3) ~1000 V ~ 300-400 ºC ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 12 Sensörün Serimi ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Sensör Boyutlarõ 8.6 mm 11.7 mm ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Isılçift Isılküme (Thermocouple) (Thermopile) T1 T1 T0 T0 + V1 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ + V2=4.V1 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Yeni Isılküme Yapısı p+-difüzyon/n-polisilisyum Avantajlarõ Oksit p+ metal n-polisilisyum Aşõndõrõlmõş bölge p-taban ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ "n-polisilisyum ve p+-difüzyon katmanlarõnõn yüksek õsõl voltaj katsayõlarõ "İmalat kolaylõğõ "Düşük maliyet Dezavantajlarõ #Aşõndõrmayõ p+-difüzyonda durdurma zorluğu ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. metal-1 n-polisilisyum p+ p+ n-kuyu p-taban p+ (a) p+ n-kuyu p-taban p+ p+ n-kuyu p-taban ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Isılküme Tipi Kızılötesi Dedektör 185 µm 320 µm ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ODTÜ’de CMOS ile Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektör Çalõşmasõ n+ n+ n-kuyu p-taban ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Sensör ve devre beraber ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. IMEC Soğutmasõz Kõzõlötesi Dedektör ! poli Si0.7Ge0.3 alaşõmõ ! 20µm x 20µm ! 640 x 480 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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” ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. US Department of Defence’in Hazõrladõğõ MEMS Raporu www.eee.metu.edu.tr/~tayfuna ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL.
