Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
143251	Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz.	Humidity sensors using MEMS and standard CMOS technologies / MEMS ve standart CMOS teknolojileri ile nem sensörleri Yazar:BURAK OKCAN Danışman: DOÇ. DR. TAYFUN AKIN Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering Dizin:	Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2003 143 s.
Bu tezde MEMS ve standart CMOS süreci kullanılarak geliştirilmiş nem sensörleri anlatılmaktadır. İki çeşit nem sensörü tasarlanmış ve üretilmiştir. Birinci sensör, neme duyarlı dielektrik katmam polyimide kullanılarak yapılmış kapasitif bir sensördür. Diğer sensör, havanın ve su buharının ısıl iletkenlikleri arasındaki farkı ölçen, ısıl iletkenlik bazlı nem sensörüdür. Kapasitif sensör, polyimide katmanının iki metal elektrot araşma sıkıştırıldığı üç maskelik bir süreçle üretilmiştir. Alt elektrot, su yoğunlaşması riskinin bulunduğu yüksek nem seviyelerinde ölçüm yapma olanağı sağlayan ısıtıcı direnç şeklinde tasarlanmıştır. Üretilen sensör üzerinde yapılan testler, sensörün nem değişimini 145fF/%RH'lik hassasiyet ve 0.2%'den düşük orantı katsayısı hatası ile algıladığını göstermiştir. Sensör anahtarlamalı kapasitör okuma devresiyle entegre edilmiştir. Hibrid yapının hassasiyeti 19.4mV/%RH, orantı katsayısı hatası 0.2%'den düşük olarak bulunmuştur. Sensörün histeresisi 2.57% RH'dir. Isıtıcının çalışması da sıcaklığa ve güce bağlı direnç karakteristiğinin ölçümüyle doğrulanmıştır. Isıl iletkenlik bazlı nem sensörü, standard CMOS ve CMOS sonrası gövde aşındırma işlemleri kullanılarak elde edilen, ısıl olarak yalıtılmış diyotlar kullanılarak elde edilmiştir. Isıl yalıtım, TMAH çözeltisi kullanılarak, yönlü silisyum gövde aşındırması ve elektrokimyasal aşındırma-durdurma yöntemi ile sağlanmıştır. Diyotlardan bir tanesi kapatılarak ısıl iletkenliği sabit tutulmuş, diğer diyot çevreyle temas eder durumda bırakılarak ısıl iletkenliğinin nemle değişmesi sağlanmıştır. Bu nedenle sabit akımla beslendiklerinde farklı çıkış gerilimleri üretmektedirler. Diyotların çıkış gerilimleri arasındaki fark fark-geçiş-ileti yükselticisi ile akıma dönüştürülmüş, akım da anahtarlamalı kapasitör entegratörü ile entegre edilerek yükseltilmiş çıkış sinyali elde edilmiştir. lOOum akım seviyesinde ve 150°C'den 250°C'ye olan sıcaklık aralığında, diyotlarm sıcaklık hassasiyetleri -1.3mV7K olarak ölçülmüştür. Sensörün bağıl nem hassasiyeti 20°C, 30°C ve 40°C sıcaklık şartlarında sırasıyla 14.3mV/%RH, 26mV/%RH ve 46.9mV/%RH olarak ölçülmüştür. Sensörün ölçülen histeresisi 1% RH'den azdır. Sensör 5V ile beslenmektedir ve 1.38mW güç harcamaktadır.
This thesis presents the development of humidity sensors using surface rmcromachining and standard CMOS processes. Two types of humidity sensors are designed and implemented. The first one is a capacitive humidity sensor with a polyimide film as the humidity sensitive dielectric layer. The second sensor is a thermal conductivity based humidity sensor, which measures the amount of humidity using the difference between the thermal conductivity of the air and the water vapor. The capacitive humidity sensor is fabricated by three mask process, where the humidity sensitive polyimide layer is sandwiched between two metal electrodes. The bottom electrode is designed in a heater resistor shape, which provides humidity measurement at high relative humidity levels where there is the risk of water condensation. Characterization results show that the fabricated sensor tracks the humidity change with a sensitivity of 145fF/%RH, with nonlinearity less than 0.2%. The hysteresis of the sensor is 2.57% RH. The sensor is hybrid connected to a switched capacitor readout circuit, which dissipates 1.75mW power. The measured sensitivity of the hybrid module is 19.4mV/%RH with nonlinearity less than 0.2%. Operation of the integrated heater is also verified by monitoring the resistance versus temperature and resistance versus power characteristics. The thermal conductivity based humidity sensor is implemented using thermally isolated p-n junction diodes obtained by standard CMOS and post-CMOS bulk silicon micromachining processes. Thermal isolation is achieved by anisotropic bulk silicon etching using electrochemical etch stop technique in a TMAH solution. One of the suspended diodes is sealed and has a fixed thermal conductance, while the other one is exposed to the ambient and has humidity dependent thermal conductance; therefore, they provide different diode voltages when they are heated with same biasing currents. The difference between the diode voltages are converted into current through a monolithic transconductance amplifier, and this current is integrated by a switched capacitor integrator to obtain an amplified output signal. The measured temperature sensitivity of the diodes is -1.3mV7K within 150°C to 250°C range at lOOuA bias level. Relative humidity sensitivity of the sensor is 14.3mV/%RH, 26mV/%RH, and 46.9mV/%RH for 20°C, 30°C, and 40°C ambient temperature respectively with a nonlinearity less than 0.3%. The measured hysteresis of the sensor is less than 1% at 20°C and 30°C ambient temperature conditions. The sensor operates from a 5V supply and dissipates 1.38mW power.