Microresonators are crucial components of microelectromechanical systems (MEMS) used for communicating and sensing. One of the main objectives while designing microresonators is to minimize all sources of energy dissipation leading to damping. This thesis focuses primarily on dissipation at the points of attachment of the microresonator to the larger supporting frame, package, and test setup. The sources of such attachment losses include stress-wave radiation at the supports and stick-slip friction at the clamps. In the absence of accurate models for all such sources, it becomes necessary to analyze attachment losses by using the limits of thermoelastic damping for calibration. The implementation of this approach is illustrated by analyzing damping in single-crystal silicon microcantilever resonators that were previously micromachined and characterized. By examining the dependence of attachment losses on frequency and beam geometry, and using estimates for support losses, it is concluded that clamping losses are the primary source of attachment losses in these structures. Finally, to eliminate attachment losses, a new resonator design based on the concept of free-free beams is proposed and the microfabrication of the first prototype is presented. / Les micro-résonateurs sont des composants essentiels des microsystèmes électromécaniques et sont utilisés pour la communication et la perception. L'un des principaux objectifs lors de la conception de micro-résonateurs est de minimiser toute source de dissipation d'énergie entraînant de l'amortissement. Cette thèse se concentre principalement sur la dissipation au niveau des points d'attache du micro-résonateur sur le support de dimensions supérieures et sur l'installation expérimentale. Les sources de pertes d'énergie dues aux fixations comprennent la radiation des ondes de contraintes au niveau des supports et les frottements de type 'stick-slip' au niveau des dispositifs de serrage. En l'absence de modèles précis pour ces sources, il apparaît nécessaire d'analyser les pertes au niveau des points d'attache en utilisant une calibration reposant sur les limites théoriques de l'amortissement thermoélastique. La mise en œuvre de cette approche est illustrée par l'analyse de l'amortissement dans des résonateurs en silicium monocristallin de type micro-poutre en porte-à-faux qui ont été micro-usinés et caractérisés à l'avance. En examinant la dépendance des pertes de fixation par rapport à la fréquence et à la géométrie de la poutre, et en utilisant des estimations pour les pertes au niveau des supports, il a été démontré que les pertes au niveau du dispositif de serrage sont les principales sources de pertes dues aux fixations dans ces structures. Enfin, pour éliminer les pertes au niveau des fixations, un nouveau modèle de résonateur reposant sur le concept de poutre à double porte-à-faux est proposé, et la fabrication du premier prototype est présentée.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117018 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Hung, Sherman |
| 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. |
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