Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.14279/11079
Title: Ανάπτυξη μικρομηχανικού μοντέλου για τον υπολογισμό ιδιοτήτων λεπτών υμενίων στη μικρό και νανό – κλίμακα
Authors: Παυλίδης, Αλέξανδρος 
Keywords: MEMS;Surface micromachining;Natural frequency;Residual stresses;Young’s Modulus;Poisson’s Ratio
Advisor: Georgiades, Tasos
Issue Date: May-2017
Abstract: The material properties of thin films used in surface micromachined devices depend, to a large extend, on the deposition process, the physical and chemical processes characterizing film growth, and post-deposition thermal processing (annealing). Hence, although the properties of the bulk form of the material are well defined, the corresponding thin-film properties are not so well characterized. To this end, the first objective of this thesis is to examine the feasibility of using vibration characteristics of surface micromachined structures to determine the stiffness and Poisson’s ratio of thin films in the form of clamped rectangular plates. In addition, one must always bear in mind that a state of residual stress exists in all surface micro-machined structures. Residual stresses may be generated due to a variety of factors including a mismatch in the thermal expansion coefficients of a film and an adjacent one, or a film and the substrate, the presence of impurities, and chemical and physical processes accompanying film growth. A solid understanding of these stresses is important for improving the reliability and life-time of thin films. Appropriately, the second objective of this thesis is to study the effects of residual stresses on the natural frequencies of plates and beams and to examine how natural frequency measurements can lead to the determination of these residual stresses. To meet these objectives, equations of the fundamental frequency of a rectangular plate clamped on all four sides as well as a beam clamped on both ends, in terms of the material properties and the residual stresses are derived. These equations are then used to determine closed-form expressions for the Young’s Modulus and Poisson’s Ratio of the material of the plates and beams. In addition, natural frequency measurements will lead to the determination of residual stresses present in the aforementioned structures. The results of this work conform very well to their counterparts from various published models.
Description: Οι ιδιότητες των υλικών λεπτών υμενίων, όπως δομές MEMS που κατασκευάζονται με τη μέθοδο επιφανειακής μικροδιαμόρφωσης (surface micromachining), εξαρτώνται σε σημαντικό βαθμό από την τεχνική εναπόθεσης, τις φυσικοχημικές διεργασίες που χαρακτηρίζουν την ανάπτυξη των υμενίων και την θερμική επεξεργασία μετά την εναπόθεση (post-deposition thermal processing). Έτσι, παρόλο που οι ιδιότητες στην μακροκλίμακα είναι, σε γενικές γραμμές, γνωστές ή εύκολα μετρήσιμες, οι αντίστοιχες στην μικροκλίμακα δεν είναι επαρκώς προσδιορισμένες. Συνεπώς, ο πρώτος στόχος της πτυχιακής εργασίας είναι να εξεταστεί η πιθανότητα χρήσης των χαρακτηριστικών ταλάντωσης μικροδιαμορφωμένων πλακών για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του υλικού κατασκευής τους. Επιπλέον, είναι ευρέως γνωστό ότι οι μικροδιαμορφωμένες δομές υπόκεινται σε εντατική κατάσταση ένεκα των εναπομένουσων τάσεων. Οι τάσεις αυτές μπορούν να προκληθούν λόγω της διαφοράς του θερμικού συντελεστή διαστολής του υλικού ενός υμενίου από τον αντίστοιχο γειτονικού υμενίου, ή του υλικού ενός υμενίου και του υποστρώματος, της παρουσίας προσμείξεων, των τεχνικών εναπόθεσης, των φυσικών διεργασιών ανάπτυξης κλπ. Η μέτρηση και έλεγχος των εναπομένουσων τάσεων είναι εξαιρετικής σημασίας στην προσπάθεια βελτίωσης της αξιοπιστίας και της ωφέλιμης ζωής των προαναφερθέντων δομών. ‘Έτσι, ο δεύτερος στόχος της πτυχιακής εργασίας αφορά στην μελέτη της επίδρασης των εναπομένουσων τάσεων στην ιδιοσυχνότητα (fundamental frequency) ορθογώνιας μικρομηχανικής πλάκας. Για την ικανοποίηση των στόχων της παρούσας εργασίας, οι εξισώσεις της ιδιοσυχνότητας μίας πλάκας (με πακτωμένη περιφέρεια καθώς και δοκού με πάκτωση στα δύο άκρα) εξάγονται συναρτήσει των ιδιοτήτων του υλικού κατασκευής και των εναπομένουσων τάσεων. Ακολούθως οι εξισώσεις αυτές χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του συντελεστή Young και του λόγου του Poisson, του υλικού της πλάκας και δοκού. Τέλος, οι μετρήσεις ιδιοσυχνότητας καταλήγουν σε σημαντικά αποτελέσματα αναφορικά με την μέση τιμή των εναπομένουσων τάσεων σε δομές MEMS κατασκευασμένες μέσω, για παράδειγμα, επιφανειακής μικροδιαμόρφωσης.Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας συνάδουν, σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό, με τα αντίστοιχα αποτελέσματα δημοσιευμένων προτύπων.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14279/11079
Rights: Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κάτοχου των πνευματικών δικαιωμάτων.
Type: Bachelors Thesis
Affiliation: Cyprus University of Technology 
Appears in Collections:Πτυχιακές Εργασίες/ Bachelor's Degree Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Abstract.pdfAbstract194.19 kBAdobe PDFView/Open
CORE Recommender
Show full item record

Page view(s) 50

156
Last Week
2
Last month
5
checked on Jul 13, 2024

Download(s) 50

116
checked on Jul 13, 2024

Google ScholarTM

Check


Items in KTISIS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.