هدف از اجرای این پایان نامه طراحی و شبیه سازی یک سنسور فلوسنج با تکنولوژی میکروماشین جهت اندازه گیری میزان گاز طبیعی مصرفی می باشد، تا با استفاده از قابلیت های mems اندازه گیری فلوی گاز دقیقتر صورت گرفته و نیز احتمال تقلب که در فلوسنج های مکانیکی سنتی وجود دارد کاهش یابد. در سنسور طراحی شده، حرکت گاز طبیعی که یک سیال است، قسمت معلق و آزاد ساختار سنسور را جابه جا کرده و به این ترتیب سرعت آن اندازه گیری می شود. بنابراین سیستم شامل سیال و جسم جامد است. در طرح پیشنهادی از روش پیزورزیستوری استفاده شده و سعی شده است در کنار مشخصه های مورد نظر، ساختار ساده ای ارایه شود تا امکان ساخت آن وجود داشته باشد. سنسور شامل یک صفحه و چهار بازوی نگهدارنده می باشد که در مسیر جریان گاز قرار می گیرند. با انتخاب کردن صفحه ی بزرگتر و بازوهای طویل در عین حفظ ابعاد از پیش تعیین شده ی قطعه، حساسیت سنسور بالا رفته و میزان نسبت تغییرات مقاومت الکتریکی به مقدار مطلق آن 4.3% می باشد. این موضوع در مورد این سنسور باعث می شود تا ضعف فلومترهای غیر حرارتی در اندازه گیری فلوهای پایین تا حدودی پوشش داده شود. محدوده ی اندازه گیری سنسور، سرعت های 0-5.5 m?s می باشد که با توجه به کاربرد آن برای مصارف خانگی گاز طبیعی تعیین شده است. برای اینکه دما بر عملکرد سنسور تاثیر گذار نباشد، یک المان مشابه پیزورزیستورهای اصلی در روی سطح سنسور تعبیه شده است به نحوی که فقط به دما حساس می باشد، به وسیله ی این المان و به کمک مدار پردازشگر، اثر دما را می توان بسیار کاهش داد. اندازه ی سطح مورد نیاز برای سنسور 1.5×1.5 mm2 بوده و حداکثر جابه-جایی قسمت متحرک آن 107?m می باشد.

هدف از اجرای این پایان نامه، طراحی و شبیه سازی یک میکروگریپر با استفاده از تکنولوژی میکروماشین و به منظور جابجایی اجسام در ابعاد میکرومتری می باشد. این میکروگریپر، به طور خاص، برای کاربرد در مصارف پزشکی و در زمینه ی روش های کمک باروری طراحی شده است. ساختار پیشنهادی، دارای سیستم های محرکی می باشد که وظیفه ی جابجایی بازوها را در دو جهت x و y بر عهده دارند. با توجه به محاسنی که محرک های الکترواستاتیک شانه ای جانبی، نسبت به محرک های دیگر دارند، هر سه محرک، از این نوع انتخاب شده اند. همچنین به دلیل آسیب پذیر بودن جسمی که توسط بازوها برداشته می شود (سلول تخمک)، از یک سنسور نیروی خازنی شانه ای شکل متقاطع متصل به بازوی سمت راست استفاده می کنیم که در این صورت، می توانیم ماکزیمم نیروی وارد شده به جسم را کنترل کنیم. نحوه ی عملکرد ساختار طراحی شده بدین صورت است که با جابجایی بازوی سمت چپ، توسط سیستم محرک جهت x، جسمی که بین آن بازو و بازویی که به سنسور نیرو متصل است، برداشته می شود. عمل تزریق اسپرم نیز توسط سوزن میکرونی و از طریق جابجایی بازوها در جهت y، به وسیله ی سیستم های محرک دیگری که به این منظور تعبیه شده اند، صورت می گیرد. ساختار محرک ها، سنسور، ابعاد و میزان جابجایی بازوها و همچنین قطر سوزن میکرونی، با توجه به مشخصات فیزیکی سلول های جنسی نر و ماده تعیین می شوند. با توجه به این موضوع، میزان جابجایی محور محرک جهت x، 25 میکرومتر و به صورت خطی می باشد که با تقویت مکانیکی آن به وسیله ی تیغه های فنری، بیشینه جابجایی دورانی 100 میکرومتری در رأس بازوی متصل به آن، ایجاد می شود. رنج جابجایی محور محرک جهت y نیز 100 میکرومتر است که بدون تقویت، به بازوها انتقال می یابد. سنسور نیز به نحوی طراحی شده است که بتواند نیروی 6/7467 میکرونیوتونی را در رأس بازوی متصل به آن، آشکارسازی کند. قطر داخلی سوزن میکرونی در حدود 5 میکرومتر و قطر بیرونی آن نیز 15 میکرومتر می باشد. لازم به ذکر است که با توجه به کوچک بودن ساختار و انجام عمل تزریق به صورت خودکار و بدون نیاز به جابجایی و تنظیم سوزن میکرونی توسط کاربر، دقت در عمل تزریق، بسیار بالا خواهد بود که می تواند جهش چشم گیری در روش icsi (intra cytoplasmic sperm injection) ایجاد کند. نوآوری دیگری نیز در طراحی سیستم های محرک وجود دارد که قسمت های محرک را نیز از ساختارهای مشابه دیگر متمایز می کند و با ساختار بسیار ساده ای، باعث افزایش 57 درصدی نیرو نسبت به حالت های معمول می شود.

هدف از اجرای این پایان نامه، طراحی و شبیه سازی یک میکروپمپ پریستالتیک الکترواستاتیکی، برای کاربرد در سیستم های تحویل دارو با استفاده از تکنولوژی میکروماشین می باشد. میکروپمپ پیشنهادی شامل بخش دریچه های ورودی وخروجی و سه دیافراگم است. یک دیافراگم برای محفظه اصلی پمپینگ و دو دیافراگم برای باز و بسته کردن دریچه های ورودی وخروجی استفاده شده است. بخش میکروکانال برای هدایت سیال درون میکروپمپ به سوی دریچه خروجی، و سه تحریک کننده الکترواستاتیکی مجزا برای تحریک کردن جداگانه دیافراگم ها است. میکروپمپ پیشنهادی دارای ساختاری کاملا جدید با ولتاژ تحریک بسیار پایین یعنی با ولتاژ 60% بهینه تر در مقایسه با میکروپمپ های الکترواستاتیکی که قبلا ساخته شده است می باشد. همچنین، به منظور رفع مشکلات نشتی که در دریچه های غیرفعال وجود دارند و همچنین سهولت در باز و بسته شدن آن ها، ساختاری جدید پیشنهاد شده است. در این ساختار، دریچه های ورودی و خروجی با تحریک دیافراگم، توسط نیروی الکترواستاتیک، باز و بسته می شوند. همچنین میکروپمپ پیشنهادی چون کاربرد پزشکی دارد تمام قابلیت ها از جمله، سازگاری قطعات آن با سیالات دارویی، توانایی پر وخالی کردن محفظه پمپینگ با سیال، سرعت جریان مناسب سیال و ابعاد بسیار کوچک در مقایسه با دیگر میکروپمپ های مشابه را داراست. میکروپمپ جدید قادر به تزریق 10 میکرولیتر بر دقیقه سیال با ولتاژ تحریک 5/6 ولت است که برای کاربردهای پزشکی کاملا مناسب می باشد.

در این پایان نامه یک سنسور زاویه سنج 2 جهته که از طریق تکنولوژی میکروماشین قابل ساخت است ارائه شده است. این سنسور توانایی اندازه گیری زاویه تا رنج ±90° در دو جهت x و y را دارا می باشد. در این سنسور از فنر های جدیدی که به صورت صلیب شکسته قرار گرفته اند استفاده شده است. این فنر ها تقارن مناسبی در جهات x و y به دست می دهند و ثابت فنر پایین در این جهات و سختی بالا در جهت z دارند. در این سنسور از تیغه های جدیدی استفاده شده است. این تیغه ها خروجی نسبتاً خطی می دهند و حساسیت بسیار بالایی دارند. این تیغه ها در جهات x و y به صورت دیفرانسیلی و در جهت z به صورت غیر دیفرانسیلی عمل می کنند. همچنین توانایی مهار تنش ها و ضربه های شدید وارد شده به سنسور را دارا می باشند. به ازای تغییرات زاویه از 0 تا 90 درجه تغییرات خروجی این سنسور 2.3pf خواهد بود. با توجه به این میزان تغییرات حساسیت سنسور تا 25.44 ff?° افزایش یافته است. چیدمان الکترود ها طوری قرار گرفته است که الکترود های مربوط به جهت x با الکترود های مربوط به جهت y مجزا باشند. کل سنسور از فلز نیکل ساخته شده است. روش الکتروپلیتینگ نیکل باعث می شود بتوانیم خیلی راحت تر و با امکانات ارزانتر این سنسور را بسازیم. ابعاد این سنسور 1525µm×1525µm است.

در این پایان نامه یک شتاب سنج خازنی سه محوره با استفاده از تکنولوژی میکروماشین و تنها با یک جرم متحرک طراحی و شبیه سازی شده است. این شتاب سنج با استفاده از تکنولوژی میکروماشین کاری سطحی طراحی شده است. شتاب سنج پیشنهادی از پنج گروه خازنی تشکیل یافته است، دو گروه که در ربع اول و سوم مثلثاتی قرار دارند شتاب در جهت x را اندازه گیری می کنند و دو گروه دیگر که در ربع دوم و چهارم مثلثاتی قرار دارند برای اندازه گیری شتاب در جهت y استفاده شده است. همچنین از گروه خازنی پنجم برای اندازه گیری شتاب در جهت z استفاده می کنیم. که این تقسیم بندی باعث می شود شتاب اعمالی در یک جهت بر جهت دیگر تأثیر نگذارد. این طراحی به گونه ای می باشد که در جهات x و y از حالت دیفرانیسلی برای الکترودها و در جهت z از حالت غیر دیفرانسیلی استفاده کرده ایم. برای اندازه گیری شتاب در جهات x وyو z از الکترودهای خازنی با تغییر فاصله هوایی استفاده شده است. این شتاب سنج قابلیت تشخیص و اندازه گیری هم زمان شتاب اعمالی به سه محور را دارد و توسط یک مدار پردازشگر ساده نتایج خروجی شتاب سنج قابل تفکیک هستند. رنج اندازه گیری شتاب در هر سه جهت g 50 ± می باشد که میزان حساسیت (غیرخطی) در جهت x و y برابر ff/g 12 (8/2%) و در جهت z برابرff/g 20 (17%) بدست آمده است. سایز این شتاب سنجmm22/1 ×2/1 می باشد.

طراحی و شبیه سازی یک شیفت دهنده فاز میکرو الکترومکانیکی 6 بیتی در باند x مورد بررسی قرار گرفته است. در طراحی این شیفت دهنده ساختار به نسبت جدیدی را با ادغام دو ساختار dmtl و switched-line ارایه داده¬ایم. با توجه به نتایج شبیه سازی، میانگین return loss و insertion loss برای تمامی 64 حالت شیفت فاز در فرکانس ghz 7/9 به ترتیب برابر db 22- و db 06/0- است. همچنین در این فرکانس مقدار موثر خطای فاز برابر 3/2 درجه است. با توجه به میانگین تلفات db 6/0برای تمامی حالات شیفت فاز، عملکرد این شیفت دهنده برابر db/bit 1/0 بدست می¬آید. از ویژگی¬های شیفت دهنده فاز پیشنهادی می¬توان به استفاده از پل¬های خازنی فلز-هوا-فلز اشاره نمود که موجب کاهش تلفات انتقال می¬گردد. همچنین فرآیند ساخت پیشنهادی برای این شیفت دهنده بر خلاف شیفت دهنده dmtl نیاز به لایه سیلیکان نایتراید ندارد که موجب سادگی و کاهش مراحل ماسک گذاری و لیتوگرافی به پنج مرحله می¬گردد. با استفاده از روابط ریاضی اثبات کرده¬ایم که نسبت فرکانس قطع به فرکانس کاری برای این شیفت دهنده فاز برابر 20 است که این نسبت مستقل از پارامتر¬های طراحی همچون فاصله بین پل¬های خازنی است. ابعاد این شیفت دهنده 6 بیتی برابر ?mm?^2 134 است.

در این پایان نامه طراحی و شبیه سازی فیلترهای میانگذر قابل تنظیم برای کاربردهای فرکانس بالا با استفاده از فنآوری میکروماشین ارائه شده است. طرح مدار پیشنهادی، فیلتر میانگذر چبی‏شف معکوس درجه سه، با اندازه سلف‏های ثابت و سوئیچ‏های فرکانس بالا به عنوان خازن متغیر می باشد. پیاده سازی مدار هم بصورت المان‏های فشرده انجام شده‏ است. متغیر بودن پهنای باند و فرکانس مرکزی به صورت همزمان، قرارگیری قطب‏ها در محل مناسب، شیب تضعیف بالا برای باند قطع، توان تلفاتی پایین در باند عبور و مساحت کلی کوچک از ویژگی‏های ساختار پیشنهادی است. از دیگر ویژگی‏های مدار پیشنهادی، افزایش ضریب کیفیت سلف در فرکانس بالا برای بهبود عملکرد فیلتر است. همچنین سوئیچ‏ها بصورت دیجیتالی کنترل میشوند. فیلتر میانگذر ارائه شده در این پایان‏نامه برای سه فرکانس مرکزی و پهنای باند متفاوت طراحی و شبیه‏ سازی شده است. این فیلتر برای کاربردهای bluetooth, wimax, wifi در محدوده فرکانسی 2.3 -5.9 گیگاهرتز بهینه‏ سازی شده‏ است. فرآیند ساخت مدار با استفاده از تکنولوژی میکروماشین با دقت 2 میکرومتر ارائه شده است. فلز مورد استفاده در شبیه‏ سازی مس و پروسه ساخت هم برای طلا و هم مس بهینه‏ سازی شده‏ است. از دی‏ اکسید سیلیکون به عنوان دی‏ الکتریک سوئیچ، از پلیمر به عنوان لایه قربانی و از سیلیکون به عنوان زیرلایه اصلی استفاده شده است. همچنین بیشترین ضخامت استفاده شده برای فلز، یک میکرومتر می‎باشد.

دو نوع سوییچ میکروماشینی جدید با ولتاژ تحریک و استرس پائین در این پایان نامه طراحی و ارائه شده است.ساختار اول، از نوع سوئیچ های خازنی است.ساختار دوم از نوع میکروسوئیچ های چرخشی است.