Microresonators are the central components of microelectromechanical systems (MEMS) used for sensing, imaging, signal processing and energy harvesting. For all these applications, it is necessary to control and minimize damping to improve device performance. However, the rational design of damping has been a long-standing challenge because numerous complicated mechanisms are responsible for energy dissipation in structures. Here, we focus our attention on microresonators that are characterized by low damping and linear damping. For such structures, damping can be modeled using three classical approaches – viscous dashpot; spring with complex-valued stiffness; and the three-parameter standard anelastic solid – and estimated using different dynamic and energetic measures (logarithmic decrement; quality factor; phase angle; specific damping capacity). A detailed study of the relationships between these models and measures establishes a foundation for this thesis, enables a close comparison of measurements using different techniques, and forms a link between theoretical calculations and measurements of damping. Subsequently, these relationships are used to develop a robust protocol for estimating damping by measuring thermomechanical noise in microresonators, and to derive formulas for estimating damping in layered beam and plate microresonators. The protocol is implemented and validated by measuring damping in single-crystal silicon microresonators. / Les micro-résonateurs sont les composantes principales dans les systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS). Ils sont utilisés pour l'imagerie, des capteurs et la récolte d'énergie. Pour toutes ces applications, il est nécessaire de contrôler et de réduire l'amortissement pour améliorer la performance du micro-résonateur. Cependant, le design pour l'amortissement a était un très grand défi parce que nombreux mécanismes complexes sont responsable pour dissiper l'énergie dans des structures. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les micro-résonateurs qui se caractérisent par un amortissement bas et linéaire. Pour de telles structures, l'amortissement peut être modélisé par trois approches classiques (amortisseur visqueux ; ressort avec une rigidité complexe ; solide standard anélastique) et estimer en appliquant des différentes mesures dynamiques et énergétiques (décrément logarithmique ; facteur de qualité ; angle de phase ; capacité d'amortissement spécifique) Une étude approfondie sur les liens entres ces modèles et ces mesures est le fondement de cette thèse. Cela permet une comparaison précise des différentes méthodes de mesure et crée un lien entre les calculs théoriques et les mesures d'amortissements. Ultérieurement, ces liens sont utilisés pour développer un protocole robuste pour estimer l'amortissement en mesurant les bruits thermomécaniques dans les micro-résonateurs. Aussi, cela va nous permettre de dériver des formules pour estimer l'amortissement dans une poutre en couche et des plateaux de micro-résonateur. Le protocole est exécuté et validé en mesurant l'amortissement dans un micro-résonateur silicium monocristallin.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.116988 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Joshi, Surabhi |
| Contributors | Srikar Vengallatore (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0018 seconds