Öz: Giriş: Elektronik ve mekanik sistemlerin minyatürleştirilmiş hali olan Mikro Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) düşük güç tüketimi, arttırılmış işlevsellik ve düşük maliyet gibi özellikleri sayesinde son yıllarda çok cazip bir teknoloji haline gelmiştir. Savunma sanayi, otomotiv ve sağlık gibi hemen hemen her alanda MEMS teknolojisi kullanılmaktadır. Mikro Elektro-Mekanik sistemlerde yapılan çalışmalar günümüzde Nano Elektro-Mekanik Sistem çalışmalarının da temelini oluşturmaktadır. MEMS teknolojisinde farklı ve gelişmiş üretim teknikleri karşımıza çıkmaktadır. Metal kaplamada kullanılan elektrokaplama MEMS üretim tekniklerinde kullanılan aşamalardan biri olup farklı yapıların üretiminde karşımıza çıkmaktadır. Örneğin; CMOS’ta bağlantıların (Andricacos ve ark., 1998) veya mikro tümseklerin üretiminde (De Vos ve ark., 2011), hareketli (Konishi ve ark., 2013) ve hareketsiz (Stark ve ark., 2004) yapısal katmanların üretiminde, var olan bir yapının geliştirilmesinde (Kim ve ark., 2004) ve nanotellerin üretiminde (Apolinário ve ark., 2014) elektrokaplamanın kullanımını görmekteyiz. Elektrokaplamanın üretimde farklı şekillerde kullanılması MEMS teknolojisinde önemli üretim çeşitliliğinin oluşmasında etkin bir rol oynayabileceğini göstermiştir. Gelecekte ise elektrokaplamanın geliştirilmesi ve farklı kullanımı yeni yapı sistemlerinin geliştirilmesine ve özgün çalışmaların yapılmasına kapı açacaktır. Amaç: Bu çalışmada geçici heba tabakası ve kalıcı yapı tabakası içeren hareketli MEMS ve hareketsiz MEMS yapıların üretimi için kullanılabilecek Nikel elektrokaplama banyo reçetesinin optimizasyonunun yapılması, MEMS test yapıları ve MEMS rezonatör yapılarının tasarlanması ve bu yapıların üretimi amaçlanmıştır. Kapsam: İlk kez Necmettin Erbakan Üniversitesi laboratuvarında Mikro Elektro-Mekanik yapıların üretiminde elektrokaplama adımının gerçekleştirilmesi ve farklı 3 boyutlu yapılar için elektrokaplamanın farklı yöntemlerinin kullanılarak üretim yapılması çalışmamızın önemli bir noktasıdır. Bu bağlamda çalışmamız hem Mikro Elektro-Mekanik Sistemlerin üniversitemizde yaygınlaşıp bilgi birikiminin artmasına zemin hazırlayacak hem de bu konuda çalışma yapan araştırmacılarla ortak çalışmalar yapılarak bu konuda yapılan çalışmaların geliştirilmesine katkı sağlayacaktır. Sınırlıklar: Üretim aşamasında elektrokaplama için banyo reçetelerinin oluşturulması ve optimize edilmiş banyo reçetesine ulaşmak ve üretim için bazı metal ve yarıiletken malzemelerin kaplanmasında kullanılan Manyetik Alan Saçtırma Sistemi (PVD Sistemi)’ni kullanmak için öncesinde çeşitli hazırlık aşamaları olduğu için zaman gerektirmektedir. Yöntem: Çalışmamızın üretim aşamasında öncelikle Silisyum alt katman üzerine metal yolların oluşturulması için PVD sistemi kullanılarak Al (Alüminyum) kaplanır. Daha sonra, litografi tekniği kullanılarak desenlendirilmiş fotorezist (ışığa duyarlı polimer malzeme) maskesi kullanarak Al seçici olarak aşındırılır ve metal yollar elde edilir. Metal yollar oluşturulduktan sonra hareketli MEMS yapılarını oluşturmak için yüzey mikro işleme tekniği kullanılır. Bu teknikte öncellikle PVD sistemi kullanılarak oluşturulan metal yollar üzerinde bir heba tabakası oluşturulur. Üretimimizde, Bakır (Cu) heba malzemesi olarak seçilmiştir. Heba tabakasının üstü daha sonra yapısal katman ile kaplanır. Üretimimizde yapısal katman olarak paslanmaya karşı dayanıklı ve esnek bir yapıya sahip olması gibi özellikleri sebebiyle Nikel (Nikel) metali seçilmiştir. Yapısal katman oluşturulmadan önce Cu heba malzemesinin üstüne litografi tekniği kullanılarak fotorezistten bir desen oluşturulur. Bu desen Ni katman oluşturulması istenen bölgeleri belirler. Ni katman oluşturmak için elektrokaplama tekniği kullanılır. Elektrokaplama tekniği elektrolitik yolla metal kaplamacılığıdır. Elektrokaplama için hazırladığımız banyo, metal kaynağı olan anot, kaplanması istenen plaka olan katot (Silisyum alt katman), Ni iyonlarını içeren sulu metal çözeltisi ve güç kaynağından oluşur. Güç kaynağı açılırsa Ni iyonları katoda doğru hareket eder ve katot metali elektrokaplama ile kaplanmış olur. Elektrokaplama ile yapısal katman oluşturulduktan sonra uygun aşındırıcılar kullanılarak önce fotorezist ve sonra Cu katman sırasıyla aşındırılır sonrasında Ni katman havada kalır. Böylece hareketli MEMS yapıları oluşturulur. Bulgular: MEMS rezonatör yapıları tasarlanırken yay yapılarının farklı tasarımları daha sonrasında simulasyon ile test edilmiştir ve yay tasarımlarındaki farklılıkların daha güzel sonuçlar verdiği anlaşılmıştır. Sonuç: MEMS yapılarının üretimi için öncelikle KLayout 0.24.10 programı kullanılarak MEMS test yapıları ve Z ve X yönünde hareket eden rezonatör yapıları tasarlanarak maske tasarımı yapılmıştır. COMSOL Multiphysics 5.1 sonlu elemanlar analiz programı kullanılarak tasarlanan rezonatör yapılarındaki doğal frekanslarını bulmak ve bu yapıların karakteristikleri hakkında bilgi edinmek için modal analizi yapılmıştır. MEMS yapıların üretim aşamasına geçilmiştir hala devam edilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Elektrokaplama, MEMS, MEMS Test Yapıları, MEMS Rezonatör
|
