CMOS-compatible scalable microfabrication of graphene polymeric strain gauge arrays

Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), küçük biçim faktörü, aşırı yüksek hassasiyet, düşük maliyet ve ölçeklenebilirlik gibi özelliklerinden dolayı yıllar içinde algılama uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çeşitli algılama ilkeleri arasında, piezorezistif etkinin, standart mikro elektronik fabrikasyon teknikleriyle uyumluluk, yapısal ve çevresel izleme gibi çeşitli alanlarda piezorezistif sensörlerin yaygın kullanımına hizmet etmesini sağlayan tek yongalı veya heterojen entegrasyon yeteneği okuma devresi ile gerilim algılama uygulamalarında kritik olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, ölçü faktörü (GF) olarak adlandırılan gerinim ölçerlerin hassasiyeti, polimerik altlıklar üzerindeki ticari metal-varak göstergeleri için tek rakamlarla (~2) sınırlıdır. Tek kristal yapılı silikon veya polisilikon gerinim ölçerler çok daha yüksek GF değerlerine ulaşır, ancak daha küçük gerilmeler ve ek işlem adımları pahasına daha yüksek cihaz maliyetlerine yol açan orta ila yüksek seviyelerde doping gereksinimi mevcuttur. Öte yandan, sp2 hibritlenmiş karbon atomlarının iki boyutlu (2D) bal peteği yapısı olan grafen, standart yarı iletken süreç akışlarına entegre edilebilmesi koşuluyla, kendine özgü mekanik ve elektriksel özelliklerinden dolayı gerilim algılama uygulamaları için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu tez, durağan kimyasal ve mekanik özellikleri nedeniyle SU-8'in seçildiği esnek, polimerik yapısal katmanlar üzerinde sıralanmış formatta grafen gerinim ölçerlerin mikrofabrikasyonunu rapor eder. Deneysel karakterizasyon sonuçları gösteriyor ki, üretilen grafen gerinim göstergeleri, grafen katmanlarının iyi tanımlanmış, ölçeklenebilir ve entegre devreye dayalı cihaz formatına başarılı bir şekilde entegrasyonunu doğrulayan Raman sonuçlarıyla birlikte, GF değerlerinde 300'e kadar, iki kat büyüklüğünde artış elde edilmiştir.