Kalıntı gerilimi altında dayanıklı MEMS diyaframların tasarımı ve karakterizasyonu

MEMS diyaframları akustik ve ultrason uygulamalarında hem verici hem de alıcı olarak kullanılır. Çalışma frekans aralıkları rezonans frekanslarına göre belirlenir. Bu nedenle, rezonans frekans tahmini diyafram tasarımının en kritik kısımlarından biridir. Bu çalışmada, iki delikli dairesel MEMS diyaframı PolyMUMPs işlemi ile tasarlanmış ve imal edilmiştir. Yarıçap değerleri, kalıntı stres altında düzgün çalışmayı sağlamak için 220 um ve 205 um olarak seçilir, çünkü bu stres diyaframın burkulmasına neden olabilir. Rezonans frekanslarını çıkarmak için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve optik ölçümler yapılır. Temel mod için, FEM sonuçları deneysel çalışmadan %5.5 ve %6.7 sapmaktadır. Ayrıca, diyaframların kritik gerilim parametreleri sonlu elemanlar analizi ile araştırılmaktadır. Önerilen delikli diyaframlar için %33.4 gerilim gevşemesi sağlanır. Ayrıca, sekiz farklı dairesel diyafram simüle edilir ve analitik çözümlerle karşılaştırılır. Minimum ve maksimum ortalama hataları temel mod için %0,5 ve %3,3 olarak elde edilir. Elektriksel özellikler empedans analizörü ile gerçekleştirilir ve sonuçlar FEM tarafından desteklenir. Stres, deneysel çalışmalar ve simülasyonlarla doğrulandığı gibi, delikler yardımıyla başarıyla yönetildi.