Fabrication and characterization of non-linear MEMs at PoliFAB

The last few decades have seen remarkable progress in microscale microscopic electromechanical sensing and actuation processes. Using standard semi-conductor manufacturing technology allows for a significant reduction in device size. Furthermore, integrating the signal processing elements alongside the sensing and actuation elements expands the opportunities to reduce system size. Due to the aforementioned reasons MEMs are now one of the most influential technological innovations of the twenty-first century. Thus, it is crucial to study their behaviors. In this work, we analyze MEMs resonators featuring non-linear behaviors. After an initial stage devoted to the design of the devices featuring non-linear behavior, we produced them in the PoliFAB facilities. The process steps are discussed in detail and an experimental characterization is done. We analyze the manufacturing inaccuracies thanks to Scanning Electron Microscope, and we characterize the devices using a probe station and a vacuum chamber. We tested two designs, a cantilever, and a double-arch resonator. Finally, the experimental data have been compared with simplified models and a finite element modeling software.

Negli ultimi decenni si è assistito a un notevole progresso nella tecnologia dei meccanismi di misura e attuazione per sistemi micro-elettro meccanici. L'utilizzo delle tecniche di produzione tipiche dei semiconduttori ha consentito una significativa riduzione delle dimensioni dei dispositivi. Inoltre, l'integrazione di elementi di elaborazione di segnale con gli elementi di misura e attuazione ha permesso di ridurre ulteriormente le dimensioni del sistema. Per queste ragioni i MEMs rappresentano una delle innovazioni tecnologiche più importanti del ventunesimo secolo. Per questo è fondamentale studiare il loro comportamento meccanico. In questa tesi, si analizzeranno dei risonatori MEMS con comportamento non-lineare. Dopo una prima fase di progettazione dei dispositivi, si è passati alla produzione in laboratorio. L'intero processo è commentato e analizzato. Dopo aver ottenuto i dispositivi, si è passati alla loro caratterizzazione. Abbiamo analizzato i difetti di fabbricazione grazie al microscopio elettronico a scansione e caratterizzato i dispositivi utilizzando una probe station e una camera a vuoto. Due design sono stati testati, una trave a sbalzo e un risonatore a doppio arco. Infine, i dati sperimentali sono stati confrontati con modelli semplificati e software di modellazione gli elementi finiti.