Batch-compatible microfabrication of CMUT array chips for photoacoustic imaging of tissue-like phantoms (part-II)

Bu tez çalışmasında, Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrason Dönüştürücü (CMUT) çipler, fotoakustik görüntüleme (PAI) uygulamaları için sensörler olarak kullanılmak üzere seri üretime uyarlanabilir bir şekilde üretilmişlerdir. Fotoakustik görüntüleme (PAI), görüntüleri oluşturmak için optik uyarının akustik algılamasından kaynaklanan kontrast verilerini kullanan, X-ışını radyasyonu içermeyen, invazif olmayan bir tıbbi görüntüleme teknolojisidir. CMUT sensörler, ultrasonik frekans aralığında akustik veya basınç dalgaları üreten veya tespit eden mikroelektromekanik sistem (MEMS) cihazlarıdır. CMUT cihazları paralel plakalı değişken kapasitörlerin titreşmesi prensibiyle çalışır. Titreşimli plaka elektrodundan kaynaklanan kapasitans değişimleri, CMUT hücrelerinde elektrik akımı sinyalleri oluşturur ve bunlar, anlamlı görüntüler oluşturmak üzere işlenir. Fotoakustik görüntülemede, darbeli lazer ışığı, seçici vücut dokusu veya doku benzeri malzemelerde doğal olarak oluşan foto soğurucu bileşikler veya kontrast maddeler tarafından iletilir ve emilir. Lazer darbeleri ısıya dönüştürülür, bu da doku veya doku benzeri malzemelerde termoelastik genleşme titreşimlerine neden olur. Bu titreşimler, CMUT sensörleri tarafından tespit edilebilecek doku veya doku benzeri materyaller boyunca basınç veya akustik dalgalar halinde hareket eder. CMUT sensörlerin üretimi için şeffaf alttaşlar olarak borosilikat cam (Pyrex-7740) alttaşlar seçilmiştir. CMUT sensörlerinin alt elektrotu ve alt elektrotunun üzerindeki elektrik yalıtım katmanı Pyrex alt katmanları üzerinde işlenmiştir. Anodik alttaş birleştirme, CMUT boşluk oluşturulması ve üst elektrot entegrasyon teknolojilerinden biri olarak seçilmiştir. CMUT sensörlerinin üst elektrotunun oluşturulması için temiz ve işlenmemiş SOI alttaşlar kullanılmıştır. CMUT sensörleri için titreşimli üst elektrot olarak kullanılan silikon cihaz katmanını ortaya çıkarmak için SOI alttaşın silikon tutma katmanı ve gömülü oksit (SiO2) katmanı aşındırılmıştır. Silikon cihaz katmanındaki metalizasyon katmanları, elektriksel iletkenliğin arttırılması ve CMUT üst elektrotları ile baskılı devre kartları (PCB'ler) arasındaki tel bağlama bağlantıları için biriktirilmiştir. Titreşimli üst elektrot katmanının şekillendirilmesinden sonra, CMUT çiplerini 4 inç çapındaki alttaşlardan ayırarak tekilleştirmek için yonga testeresi işlemi yapılmıştır. CMUT çiplerinin sızdırmazlığı Parylene C biriktirme yoluyla yapılmıştır. Parylene C biriktirilmesinden sonra UV ışığa duyarlı dilimleme bandı, elektriksel bağlantı pedlerini ortaya çıkarmak için yongalardan ayırılmıştır. CMUT dizi cihazları, kapasitif boşluklarının gözlemlenmesi, rezonans frekanslarının ölçülmesi, ve üretim adımlarının bütününün üretim verimliliği incelenerek karakterize edilmiştir. Tekli CMUT hücrelerinin empedans analizörü ölçümlerinden elde edilen rezonans frekansı sonuçları 5,7 MHz civarındadır. Ayrıca, CMUT hücre zarlarının küçük alternatif akım ve artımlı doğru akım uyarımı sırasında uygulanan doğru akım gerilim voltajı arttığında rezonans frekansındaki değişiklik açıkça tespit edilebilmiştir. Anahtarsoz: Mikroelektromekanik Sistemler (MEMS), Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrason Dönüştürücü (CMUT), mikrofabrikasyon, Seri üretime uygun ve ölçeklenebilir çip veya yonga üretimi, Yonga doğrama testeresi, Yonga doğrama testeresi ile tam otomatik dilimleme işlemi, Anodik alttaş birleştirme, Fotoakustik Görüntüleme.