Design, fabrication and characterization of surface plasmon resonance based MEMS displacement sensors

Yüzey plazmon rezonansının kuplaj parametrelerine sıkı bağımlılığı nano vemikro-ölçekli mühendislik sahalarında yeni tür algılama mekanizmalarınaolanak sağlamaktadır. Bu çalısmada, kırınım ağı kuplajlı yüzey plazmonrezonans sartının açı bağımlılığından faydalanan MEMS yerdeğistirmealgılayıcılarının tasarım, üretim ve karakterizasyonu açıklandı.Yüzey plazmon polariton uyarımına dair çesitli mekanizmalar akademikliteratürde anlatılagelmektedir. Bu mekanizmalardan mikroelektromekaniksistemlere oldukça uyarlanabilir olanlarından biri kırınım ağıyla kuplajsemasıdır. Bu semada, ince metal kaplı kırınım ağı yapıları, istenen yüzeyplazmon polaritonu uyarım ısığı dalgaboyu ve gelis açısına bağlı olarak özeltasarlanır. Dalgaboyuna veya açıya bağlı yansıyan ısığın siddet spektrasındakeskin yüzey plasmon rezonansı eğrileri elde edebilmek için kırınım ağıparmaklarının periyodisite, yüzey profili, derinlik ve yüzde genisliği gibigeometrik parametreler ile üst metal tabakanın dispersiyon ve kalınlığı gibimalzeme özellikleri dikkatlice seçilmelidir. ?lk olarak, yüzey plazmon rezonansıkırınım ağlarının sözkonusu geometrik ve malzeme parametreleri RCWAmetoduyla sayısal olarak optimize edildi. Onlar mertebesinde açısal kalitefaktörlerinin erisilebilir olduğu gösterildi. ?yi tanımlanmıs kırınım ağı yapılarınınnanofabrikasyonu için çesitli litografik yöntemler (nanobaskı, elektron ısını veoptik litografi) kullanıldı. Spektroskopik elipsometri ile alınan p-polarizeyansıyan ısık siddeti ölçümlerinin sayısal hesaplarla oldukça uyumlu sonuçlarverdiği görüldü. Yüzey plazmon polaritonu uyarımının polarizasyona bağlılığınıgöstermek için spektroskopik tarama verilerine de ayrıca yer verildi.Bütün bu yüksek açısal kalite faktörlü kırınım ağı yapıları elde edebilmegayreti açısal yerdeğistirme tespit semasının hassasiyetini artırmaya yöneliktir.Bu semada, kırınım ağı yapısının polarizasyon düzlemindeki açısal konumu,yansıyan ısığın fotodetektördeki sinyali üzerinden tespit edildi. Uyarım ısığınındalga cephesi parametrelerine ve fotodetektör gürültüsüne bağlı hassasiyetanalizi yapıldı.Sözkonusu açısal yerdeğistirme tespit prensibine dayanan MEMSyerdeğistirme algılayıcı tasarımları gelistirildi. Basitçe, yüzey plazmon rezonanskırınım ağı yapıları bilindik mikrozarların üzerine aktarıldı. ?ki çesit özelmikrozar tasarlandı: kırınım ağlı mikrodirsekler (tek taraftan bağlı) ve kırınımağlı mikroköprüler (iki taraftan bağlı). Bu aygıtlar kırınım ağı nanofabrikasyonuprosedürlerine ilaveten iyi bilinen yüzey mikroisleme asamalarıyla üretildi.Mekanik rezonans frekansları, bükülgen mod sekilleri ve efektif yay sabitlerianalitik, sayısal ve deneysel olarak çıkarıldı. Ek olarak, nano-G gürültüseviyesinde plazmonik okumalı bir MEMS ivmeölçer tasarımı sunuldu.Mikromekanik yerdeğistirme algılaması için kurulan bir deneysel konfigürasyonanlatıldı. Bu çalısmanın sonuçlarına göre, plazmon rezonansının ve mikrozar tipialgılayıcıların hassasiyetini birlestiren yeni algılayıcı dizileri benzeri görülmemisperformans sağlayabilirler.