Silicon-based surface micromachined interferometers for infrared wavelengths

Julkaisun otsikon käännös: Piipohjaiset pintamikromekaaniset interferometrit infrapuna-aallonpituuksille

Mikko Tuohiniemi

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Fabry-Perot interferometri (FPI) on säädettävä optinen kaistanpäästösuodin. Mikromekaaninen (MEMS) toteutus mahdollistaa hyvin pienen interferometrin massatuotannon ja alhaisen yksikköhinnan. Teolliselle tuotannolle tyypillinen yksikköhinta olisi kymmenen euron luokkaa, koko muutama neliömilli ja tuotantomäärä miljoonia yksiköitä MEMS FPI on pienikokoisen spektrometrin avainkomponentti. Kaasujen transmissiospektrometriaa infrapuna-aalloilla käytetään esimerkiksi hiilivetyjen, hiilidioksidin ja monimutkaisempien orgaanisten yhdisteiden havaitsemiseen ja analyysiin. Sovellusalueita ovat muun muassa lääketiede, maatalous, moottoriajoneuvot, kaasuturvallisuus ja sisäilman laatu. Tässä työssä kehitettiin kapasitiivisesti säädettävä pintamikromekaaninen FPI termisen infrapunan ja keski-infrapunan aallonpituusalueille. Ainutlaatuinen piirre on Braggin peilin (DBR) rakenne: Si/ilma/Si. DBR perustuu pistemäisesti ankkuroituihin polypiikalvoihin vetojännityksessä. Pii-ilma DBR:n avulla savutetaan kapeampi päästökaista (parempi resoluutio), tasaisempi suorituskyky säädettäessä ja laajempi säätöalue. Työ pohjautuu VTT:n pintamikromekaanisen FPI:n teknologiaan, jolla saavutetaan laaja optinen alue ja joka osaltaan takaa tasaisen suorituskyvyn säädössä. Suorituskyvyn parannus perustuu työhypoteesiin pii-ilma DBR:n optisista ominaisuuksista. Sen lisäksi että konsepti todennettiin, huomattiin myös etuja rakenteen mekaanisessa käytöksessä. Väitöskirjan työssä on suunniteltu uuden mikromekaanisen interferometrin konsepti, rakenne ja valmistusmenetelmä. Valmistettiin lukuisia kiekkoja, joissa oli useita erilaisia FPI-mitoituksia ja malleja. Optinen ja sähköinen suorituskyky mitattiin kymmenistä näytteistä. Työn alkuvaiheessa valmistettiin myös testikiekkoeriä, joilla tutkittiin uhrikerrosten koostumusta, polypiin istutusta sekä DBR:n rakennetta, valmistusta ja suorituskykyä. Väitöskirjan julkaisut keskittyvät parhaiten toimineisiin rakenteisiin ja niiden valmistukseen. Varhaisiin testiajoihin ei julkaisuissa keskitytä muuten kuin toteamalla niiden johtopäätökset. Toimivan laitteen kehitystä tukevien valmistustestien tuloksista käsiteltiin yhdessä artikkelissa DBR ja toisessa istutuksen optimointi. Väitöskirja kattaa kehitystyön alkaen ideasta aina siihen asti kun konsepti osoitettiin toimivaksi. Työstä on rajattu pois kokeellinen tutkimus interfero-metrin suorituskyvystä ympäristökuormituksessa, joskin odotuksista on keskusteltu.
    Julkaisun otsikon käännösPiipohjaiset pintamikromekaaniset interferometrit infrapuna-aallonpituuksille
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Ohjaaja
    • Franssila, Sami, Vastuuprofessori
    • Franssila, Sami, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6177-1
    Sähköinen ISBN978-952-60-6178-8
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • mikromekaniikka
    • interferometri
    • pii

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Piipohjaiset pintamikromekaaniset interferometrit infrapuna-aallonpituuksille'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä