Výroba a testování částí MEMS zařízení pro mikromanipulace
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá výrobou a testováním MEMS zařízení určených pro mikromanipulace s případnou možností jejich využití v rastrovacím elektronovém mikroskopu, což zahrnuje manipulace s mikroobjekty, kterými jsou například kovové mikročástice, mikrovlákna či dokonce biologické vzorky. V první kapitole je provedena rešerše zabývající se mikrosystémy a problematikou MEMS zařízení. V navazující kapitole jsou popsány různé typy mikromanipulací včetně MEMS variant. Třetí kapitola se zabývá možnými technikami mikrovýroby. Čtvrtá kapitola obsahuje experimentální část této práce, ve které byly předloženy dvě verze křemíkových mikrokleští. S ohledem na dostupná řešení mikromanipulátorů, principiální a prostorové omezení v elektronovém mikroskopu byl vybrán princip uchycení předmětu pomocí piezoelektrického aktuátoru. K výrobě mikrokleští byla použita přímá optická litografie a hloubkové reaktivní iontové leptání, přičemž bylo nutné dané techniky nejprve optimalizovat pro zvolenou aplikaci. Během optimalizací byly vyřešeny různé problémy včetně eliminace tvorby černého křemíku, leptání úzkých hlubokých struktur a podobně. Podařilo se úspěšně zvládnout výrobu prototypu jedné z navržených verzí mikromanipulátorů. Vyrobené mikromanipulátory byly následně testovány pod optickým mikroskopem. Během testování bylo nutné modifikovat polohu aktuátoru v zařízení tak, aby bylo zajištěno sevření čelistí manipulátoru.
This diploma thesis deals with the production and testing of MEMS devices intended for micromanipulations with a possibility of their usage in a scanning electron microscope, which includes manipulation of microobjects such as metal microparticles, microfibres or even biological samples. The first chapter contains a detailed study of microsystems and MEMS devices. The next chapter describes various types of micromanipulations, including MEMS. The third chapter deals with possible techniques of microfabrication. The fourth chapter contains experimental part of this work, in which two versions of silicon microgrippers were proposed. Considering available solutions of micromanipulators, principal and spatial limitations in the electron microscope, the piezoelectric actuator was chosen as the gripping principle. Direct write laser lithography and deep reactive ion etching were used to produce the microgrippers, and it was necessary to optimize these techniques for selected application. During the optimizations, various problems were solved, including the elimination of black silicon formation, unsuccessful etching of narrow deep structures, etc. Prototype of one of the proposed microgripper was successfully created. The manufactured micromanipulators were subsequently tested under an optical microscope. During testing, it was necessary to modify the position of the actuator in the device to ensure that the jaws of the manipulator are clamped.
This diploma thesis deals with the production and testing of MEMS devices intended for micromanipulations with a possibility of their usage in a scanning electron microscope, which includes manipulation of microobjects such as metal microparticles, microfibres or even biological samples. The first chapter contains a detailed study of microsystems and MEMS devices. The next chapter describes various types of micromanipulations, including MEMS. The third chapter deals with possible techniques of microfabrication. The fourth chapter contains experimental part of this work, in which two versions of silicon microgrippers were proposed. Considering available solutions of micromanipulators, principal and spatial limitations in the electron microscope, the piezoelectric actuator was chosen as the gripping principle. Direct write laser lithography and deep reactive ion etching were used to produce the microgrippers, and it was necessary to optimize these techniques for selected application. During the optimizations, various problems were solved, including the elimination of black silicon formation, unsuccessful etching of narrow deep structures, etc. Prototype of one of the proposed microgripper was successfully created. The manufactured micromanipulators were subsequently tested under an optical microscope. During testing, it was necessary to modify the position of the actuator in the device to ensure that the jaws of the manipulator are clamped.
Description
Citation
BINKOVÁ, P. Výroba a testování částí MEMS zařízení pro mikromanipulace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální inženýrství a nanotechnologie
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-07-13
Defence
Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno:
Význam výchylek xout a xin v rovnici na str. 7.
Linearita senzorů.
Studnetka otázky zodpověděla.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Přístup k plnému textu prostřednictvím internetu byl licenční smlouvou omezen na dobu 3 roku/let