Design and electromechanical modeling of vertically stacked silicon nanowire arrays as coupled resonators

Mekanik çınlaçlar elektronik devrelerde yaygın olarak zaman tutma ve sıklık yaratma amaçları için kullanılırlar. Kuvars çınlaçlar ise düşük faz gürültüsü ve yüksek ısıl dengeleri ile tatmin edici başarım özellikleri sağlayan mekanik osilatörlerdir. Mikro elektromekanik sistem (MEMS) çınlaçlar ise küçük boyutları, düşük güç tüketimleri ve toplu üretime bağlı düşük maliyetleri ile bu çınlaçların yerini almaya adaydırlar. Bu nedenle, yaklaşık yirmi yıldır MEMS çınlaçlar, salıngaç üretiminde kendilerine yer bulmaktadırlar. Her ne kadar MEMS osilatörler kuvars osilatörlere iyi birer rakip iseler de onları yakalamak için üzerinde daha mühendislik çalışması yapılması gerekmektedir. Kuvars aygıtlarla yarışmak için aygıt özelliklerini geliştirmek ise, MEMS alanında yoğun uğraşın olduğu bir araştırma alanıdır.Sığa ile tahrik edilip sığa ile okuma gerçekleştirilen mikro/nanoçınlaçların en büyük sorunlarından birisi düşük boyutlara bağlı olarak okuma iminin azalmasıdır. Literatürde dizileme, yani birbirine eş çınlaçların çıkışlarını toplayarak sinyali artırma ise MEMS çınlaçlar için kullanılan bir yöntemdir. Birbirine eş olmayan çınlaçların tek bir titreşim kipi ortaya koyması için de mekanik bağlaşma kullanılmaktadır. Mekanik çınlaçlar aynı düzlemde yan yana dizilerek birbirlerine mekanik yapılarla bağlanırlar ve bu sayede mekanik bağlaşma gerçekleşmiş olur.Bu tez, mekanik bağlaşmayı, im sönümünün önemli olduğu nanotel çınlaç dizilerine uygulayarak yeni bir yaklaşım getirmektedir. Burada, üst üste, alttaki tabakaya dik olarak dizilenen silisyum nanotel (SiNT) çınlaçlar gösterilmiştir. Bu nanoçınlaçların mekanik bağlaşması ise nanotelleri her iki ucundan bir diğerine bağlayan ince zar yapılarla sağlanmıştır. Bu nanotellerin çapı 50 nm'den küçük, boyları ise birkaç mikrometre uzunluktadır. Böylece genellikle radyo sıklığının yüksek sıklık (HF, 3-30MHz), çok yüksek sıklık (VHF, 30-300MHz) ve ultra-yüksek sıklık (UHF,300MHz-3GHz) aralıklarında çalışma sıklığı sağlamaktadırlar.SiNT dizi çınlaçların eşdeğer elektrik devreleri ile gösterimleri yapılmıştır. Çift taraflı tutturulmuş eğilme hareketi yapan çubuklar için elektromekanik doğrudan benzetim (direct analogy) çalışılarak bunların mekanik özellikleri RLC eşdeğerlerine dönüştürüldü. Ayrıca, üst üste dizileme ve mekanik kuplaja yönelik bir modelleme izleği de gösterildi.Bosch süreci sonucunda üretilen nanotellerin incelemesi de üretim çalışmaları ile yapıldı. Bu üretim çabalarının sonuçları ise doğrudan tasarım değerleri ve üretim kısıtlamaları olarak SiNT dizi çınlaçlarının modellenmesinde kullanıldı. Bunun dışında metal elektrot oluşumunu içeren, güncel üretim olanakları düşünülerek eksiksiz bir üretim süreci de önerilmektedir.Bu tasarım, üretim ve modelleme çalışmalarının bir sonucu olarak üretime ve ölçüme uygun tasarımlar belirlenmiştir. Bu yapıları tasarlarken de üretim kısıtlamaları ve ölçülebilir im gereksinimleri göz önünde bulundurulmuştur.