MARC

 008260126s2023        us                              c    eng  d
■001000017360587
■00520260202105551
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798265406415
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32315703
■035    ▼a(MiAaPQ)GeorgiaTech73198
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a000
■1001  ▼aLiu,  Zhenming.
■24510▼aPrecise  Frequency  and  Mode  Control  in  High  Frequency  Silicon  and  Silicon  Carbide  Resonant  Gyroscopes
■260    ▼a[Sl]▼bGeorgia  Institute  of  Technology▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a158  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Ayazi,  Farrokh.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Georgia  Institute  of  Technology,  2023.
■520    ▼aPrecision  microscale  gyroscopes  have  been  gaining  much  attention  for  a  wide  range  of  applications.  Micro-electromechanical  System  (MEMS)  gyroscopes  have  the  inherent  advantage  of  smallsize,  weight,  power,  cost  (SWaP-C),  and  can  be  easily  integrated  on  chip.  However,  the  performance  of  commercial  MEMS  gyroscopes  is  still  limited  and  requires  further  improvement  to  meet  the  requirement  for  high-end  applications  such  as  inertial  navigation  or  dead  reckoning.  High  quality  factor  (Q)  resonant  gyroscopes  are  proven  to  achieve  higher  performance  through  the  Q  amplification  principle.  The  modematched  operation  requires  frequency  and  mode  control  to  compensate  for  the  imperfection  from  MEMS  fabrication  process.  Over  the  past  decades,  the  frequency  and  mode  control  of  MEMS  resonant  gyroscopes  were  mostly  achieved  via  electrostatic  spring  softening,  using  narrow  parallel  capacitive  gaps.  However,  some  newly  developed  MEMS  gyroscopes  in  more  recent  years  require  alternative  methods  to  achieved  frequency  and  mode  control.  For  example,  in  a  capacitive  gyroscope,  with  a  wide  transduction  gap,  the  tuning  can  be  severely  limited,  and  furthermore  piezoelectrically  transduced  gyroscopes  do  not  have  such  capacitive  gap  for  tuning.  The  challenge  in  controlling  the  frequency  and  mode  is  a  major  hurdle  in  converting  high  performance  MEMS  resonators  into  a  precision  gyroscope.This  dissertation  aims  to  provide  a  coherent  study  of  precision  frequency  and  mode  control  in  MEMS  gyroscopes.  The  journey  of  this  thesis  started  with  investigating  the  root  cause  of  the  mode  mismatch  in  a  non-ideal  MEMS  gyroscope,  including  the  crystal  structure  of  the  gyroscope  substrate.  Other  than  the  commonly  used  silicon  substrate,  this  thesis  also  looks  into  monocrystalline  4H-SiC  as  a  promising  structural  material  for  Coriolis  resonator  gyroscopes,  owing  to  its  ultra-low  phononic  dissipation  and  in-plane  isotropic  lattice.  A  solid  disk  capacitive  BAW  gyroscope  in  monocrystalline  4H-SiC  with  decoupling  network  to  minimize  the  fabrication  imperfection  has  been  designed,  fabricated  and  characterized  for  the  first  time.  The  3MHz  4H-SiC  BAW  gyroscope  operated  in  a  pair  of  m=3  elliptical  modes  with  a  small  frequency  split,  taking  advantage  of  the  hexagonal  lattice  of  4H-SiC.  The  Q  of  the  device  reaches  4.6  million  when  ovenized  at  80°C,  dominated  by  the  combination  of  surface  loss  and  thermal  elastic  damping.  With  minimum  electrostatic  tuning,  the  mode-matched  gyroscope  showed  a  promising  angle  random  walk  (ARW)  of  0.005  °/√h  and  a  sub-degree  per  hour  bias  instability  (BI).  Furthermore,  analytical  study  was  performed  to  extrapolate  the  optimum  transduction  gap  size  for  wider  tuning  range  and  better  noise  performance,  which  provided  the  guidance  and  strategy  for  designing  next  generation  high  performance  capacitive  MEMS  gyroscopes.In  parallel,  as  an  alternative  solution  to  capacitive  tunning,  this  thesis  developed  a  mechanical  trimming  algorithm  for  gyroscope  mode-matching.  A  novel  numerical  trimming  map  was  derived  and  demonstrated  on  an  aluminum  nitride  (AlN)  on  a  silicon  BAW  gyroscope  with  laser  ablation.  After  selective  laser  ablation  trimming,  the  as-born  frequency  split  of  191Hz  between  1.4MHz  modes  of  a  disk  due  to  fabrication  imperfections  is  reduced  to  12Hz,  corresponding  to  3.8%  of  its  -3dB  resonant  bandwidth  while  maintaining  a  quality  factor  (Q)  of  4600  in  air,  and  30dB  improvement  in  mode  isolation.
■590    ▼aSchool  code:  0078.
■650  4▼aMicroelectromechanical  systems
■650  4▼aSilicon  carbide
■650  4▼aElectrodes
■650  4▼aSingle  crystals
■650  4▼aLasers
■650  4▼aBandwidths
■650  4▼aChemical  vapor  deposition
■650  4▼aAluminum
■650  4▼aDesign
■650  4▼aAcoustics
■650  4▼aHeat  conductivity
■650  4▼aVibration
■650  4▼aElectrical  engineering
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aOptics
■650  4▼aThermodynamics
■690    ▼a0389
■690    ▼a0986
■690    ▼a0544
■690    ▼a0794
■690    ▼a0548
■690    ▼a0752
■690    ▼a0348
■71020▼aGeorgia  Institute  of  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05A.
■790    ▼a0078
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360587▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서