Öz: Giriþ: Elektronik ve mekanik sistemlerin minyatürleþtirilmiþ hali olan Mikro Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) düþük güç tüketimi, arttýrýlmýþ iþlevsellik ve düþük maliyet gibi özellikleri sayesinde son yýllarda çok cazip bir teknoloji haline gelmiþtir. Savunma sanayi, otomotiv ve saðlýk gibi hemen hemen her alanda MEMS teknolojisi kullanýlmaktadýr. Mikro Elektro-Mekanik sistemlerde yapýlan çalýþmalar günümüzde Nano Elektro-Mekanik Sistem çalýþmalarýnýn da temelini oluþturmaktadýr. MEMS teknolojisinde farklý ve geliþmiþ üretim teknikleri karþýmýza çýkmaktadýr. Metal kaplamada kullanýlan elektrokaplama MEMS üretim tekniklerinde kullanýlan aþamalardan biri olup farklý yapýlarýn üretiminde karþýmýza çýkmaktadýr. Örneðin; CMOS’ta baðlantýlarýn (Andricacos ve ark., 1998) veya mikro tümseklerin üretiminde (De Vos ve ark., 2011), hareketli (Konishi ve ark., 2013) ve hareketsiz (Stark ve ark., 2004) yapýsal katmanlarýn üretiminde, var olan bir yapýnýn geliþtirilmesinde (Kim ve ark., 2004) ve nanotellerin üretiminde (Apolinário ve ark., 2014) elektrokaplamanýn kullanýmýný görmekteyiz. Elektrokaplamanýn üretimde farklý þekillerde kullanýlmasý MEMS teknolojisinde önemli üretim çeþitliliðinin oluþmasýnda etkin bir rol oynayabileceðini göstermiþtir. Gelecekte ise elektrokaplamanýn geliþtirilmesi ve farklý kullanýmý yeni yapý sistemlerinin geliþtirilmesine ve özgün çalýþmalarýn yapýlmasýna kapý açacaktýr. Amaç: Bu çalýþmada geçici heba tabakasý ve kalýcý yapý tabakasý içeren hareketli MEMS ve hareketsiz MEMS yapýlarýn üretimi için kullanýlabilecek Nikel elektrokaplama banyo reçetesinin optimizasyonunun yapýlmasý, MEMS test yapýlarý ve MEMS rezonatör yapýlarýnýn tasarlanmasý ve bu yapýlarýn üretimi amaçlanmýþtýr. Kapsam: Ýlk kez Necmettin Erbakan Üniversitesi laboratuvarýnda Mikro Elektro-Mekanik yapýlarýn üretiminde elektrokaplama adýmýnýn gerçekleþtirilmesi ve farklý 3 boyutlu yapýlar için elektrokaplamanýn farklý yöntemlerinin kullanýlarak üretim yapýlmasý çalýþmamýzýn önemli bir noktasýdýr. Bu baðlamda çalýþmamýz hem Mikro Elektro-Mekanik Sistemlerin üniversitemizde yaygýnlaþýp bilgi birikiminin artmasýna zemin hazýrlayacak hem de bu konuda çalýþma yapan araþtýrmacýlarla ortak çalýþmalar yapýlarak bu konuda yapýlan çalýþmalarýn geliþtirilmesine katký saðlayacaktýr. Sýnýrlýklar: Üretim aþamasýnda elektrokaplama için banyo reçetelerinin oluþturulmasý ve optimize edilmiþ banyo reçetesine ulaþmak ve üretim için bazý metal ve yarýiletken malzemelerin kaplanmasýnda kullanýlan Manyetik Alan Saçtýrma Sistemi (PVD Sistemi)’ni kullanmak için öncesinde çeþitli hazýrlýk aþamalarý olduðu için zaman gerektirmektedir. Yöntem: Çalýþmamýzýn üretim aþamasýnda öncelikle Silisyum alt katman üzerine metal yollarýn oluþturulmasý için PVD sistemi kullanýlarak Al (Alüminyum) kaplanýr. Daha sonra, litografi tekniði kullanýlarak desenlendirilmiþ fotorezist (ýþýða duyarlý polimer malzeme) maskesi kullanarak Al seçici olarak aþýndýrýlýr ve metal yollar elde edilir. Metal yollar oluþturulduktan sonra hareketli MEMS yapýlarýný oluþturmak için yüzey mikro iþleme tekniði kullanýlýr. Bu teknikte öncellikle PVD sistemi kullanýlarak oluþturulan metal yollar üzerinde bir heba tabakasý oluþturulur. Üretimimizde, Bakýr (Cu) heba malzemesi olarak seçilmiþtir. Heba tabakasýnýn üstü daha sonra yapýsal katman ile kaplanýr. Üretimimizde yapýsal katman olarak paslanmaya karþý dayanýklý ve esnek bir yapýya sahip olmasý gibi özellikleri sebebiyle Nikel (Nikel) metali seçilmiþtir. Yapýsal katman oluþturulmadan önce Cu heba malzemesinin üstüne litografi tekniði kullanýlarak fotorezistten bir desen oluþturulur. Bu desen Ni katman oluþturulmasý istenen bölgeleri belirler. Ni katman oluþturmak için elektrokaplama tekniði kullanýlýr. Elektrokaplama tekniði elektrolitik yolla metal kaplamacýlýðýdýr. Elektrokaplama için hazýrladýðýmýz banyo, metal kaynaðý olan anot, kaplanmasý istenen plaka olan katot (Silisyum alt katman), Ni iyonlarýný içeren sulu metal çözeltisi ve güç kaynaðýndan oluþur. Güç kaynaðý açýlýrsa Ni iyonlarý katoda doðru hareket eder ve katot metali elektrokaplama ile kaplanmýþ olur. Elektrokaplama ile yapýsal katman oluþturulduktan sonra uygun aþýndýrýcýlar kullanýlarak önce fotorezist ve sonra Cu katman sýrasýyla aþýndýrýlýr sonrasýnda Ni katman havada kalýr. Böylece hareketli MEMS yapýlarý oluþturulur. Bulgular: MEMS rezonatör yapýlarý tasarlanýrken yay yapýlarýnýn farklý tasarýmlarý daha sonrasýnda simulasyon ile test edilmiþtir ve yay tasarýmlarýndaki farklýlýklarýn daha güzel sonuçlar verdiði anlaþýlmýþtýr. Sonuç: MEMS yapýlarýnýn üretimi için öncelikle KLayout 0.24.10 programý kullanýlarak MEMS test yapýlarý ve Z ve X yönünde hareket eden rezonatör yapýlarý tasarlanarak maske tasarýmý yapýlmýþtýr. COMSOL Multiphysics 5.1 sonlu elemanlar analiz programý kullanýlarak tasarlanan rezonatör yapýlarýndaki doðal frekanslarýný bulmak ve bu yapýlarýn karakteristikleri hakkýnda bilgi edinmek için modal analizi yapýlmýþtýr. MEMS yapýlarýn üretim aþamasýna geçilmiþtir hala devam edilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Elektrokaplama, MEMS, MEMS Test Yapýlarý, MEMS Rezonatör
|
