Diese Arbeit wurde von der US Army Research Laboratory, Adelphi, MD, USA, unter Grant W91ZLK-12-P-0447 unterstützt. Die Resonanz-Messungen wurden mit Hilfe von Michael Stone und Anthony Brock durchgeführt. Die Wärmebildkamera Messung erfolgte mit Hilfe von Damon Conover an der George Washington University.

1. Auswahl und Gestaltung einer optimalen Struktur
<ol><li>Wählen Sie den fest fixierten Träger für breites Spektrum tuning Frequenz (im Vergleich zu anderen Kandidaten, es ermöglicht breites Spektrum tuning, wenn es, aufgrund seiner großen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) und vernachlässigbar Wärmeausdehnung konstante erhitzt wird).</li>
	<li>Entwerfen Sie einen längeren Lichtkegel, wenn der Zweck Effizienzsteigerung tuning ist. Entwerfen Sie einen kürzere Balken, wenn der Zweck Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen ist.</li>
</ol>2. Modellierung und Fertigung in komplementären Metal-Oxide Semiconductor (CMOS)
<ol><li>Entwerfen Sie und erstellen Sie das 3D-Modell für die MEMS-Filter in einem FEM-basierten Programm.</li>
	<li>Rekonstruieren Sie das gleiche Layout in einem integrierten Schaltkreis (IC)-Design-Tool, Schicht für Schicht die Gds-Datei erstellt.</li>
	<li>Senden Sie dieses Gds-Datei der CMOS-Gießerei für die Fertigung (Wir verwendeten CMOS 0,6 µm-Technologie).</li>
	<li>Fahren Sie mit Post-processing-sobald die CMOS-Prozess abgeschlossen ist (beachten Sie, dass die Chips Polysilizium, Aluminium und Oxid-Schichten haben sollte).<ol>
<li>Verhalten der CHF3/o2 trocknen Ätzprozess über eine Induktiv gekoppelte Plasma (ICP) Ätzen System. Ätzen Sie der SiO2 zwischen Aluminiumschichten und bilden Sie die Balken auf das Seitenverhältnis von 5,7. Dabei verwenden Sie die folgenden Parameter: CHF3 40 Sccm, O2 bei 5 Sccm, Druck bei 0,5 Pa, ICP macht bei 500 W und Probe macht bei 100 W mit 56 min. Total etch Zeit.</li>
		<li>Gelten die XeF2 Ätzprozess in der Silizium-Substrat einen 9 µm Tiefe Hohlraum unter den Balken zu erstellen. Dabei verwenden Sie die XeF2 Ätzen System für 3 Zyklen bei 3 t, für 60 s/Zyklus.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Charakterisieren Sie die Geräte mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß hergestellt werden. In diesem Schritt ändern die Beschleunigung Spannung auf 2,58 Strahl kV und der Arbeitsabstand bis 9,5 mm.</li>
</ol>3. Gerät testen
Hinweis: Test Geräte bestehen aus vielen Stufen einschließlich Heizung und Frequenz Response Test Joule.
<ol><li>
Wärmebildkamera Test für eingebettete Heizungen
	<ol>
<li>Positionieren Sie die Wärmebildkamera auf dem Chip zu und testen Sie die eingebettete Heizungen um sicherzustellen, dass sie die strahlen Wärme.</li>
		<li>Schließen Sie das Netzteil an die Chip-Package und wenden Sie eine Gleichspannung auf die eingebetteten Heizungen von 0 V bis 5,7 V in kleinen Schritten, die zur Erwärmung in die Balken.</li>
		<li>Notieren Sie den Temperaturverlauf in der Chip-Paket über eine Wärmebildkamera während der Aufheizvorgang. Speichern Sie die Ergebnisse in einem numerischen EDV-Programm und das Heizprofil plot.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kalibrierung der LDV und Test-setup
	<ol>
<li>Positionieren Sie den Laser auf die 120 µm langen Balken.</li>
		<li>Schließen Sie das Netzteil zwischen den zwei 120 µm langen Balken sowohl 7 V DC anwenden und 3 V Wechselspannung für den Resonanz-Betrieb. Verbinden Sie eine zusätzliche DC-Bias-Spannung mit der eingebetteten Heizungen mit maximal 5,7 V Joule Heizung auf den Balken bei der Resonanz-Operation anwenden.</li>
		<li>Den Laser an eine andere Stelle auf dem Balken eine rauscharme Laser Reflexion zu bewegen. Achten Sie darauf, erhöhen Sie die Intensität des blauen Balkens um den Lärm zu verringern.</li>
		<li>Teilen Sie den Bildschirm in mehrere Ansichten zu kalibrieren und starten Sie den Messaufbau.</li>
		<li>Übernahme Einstellungen Sie, setzen Sie den Messmodus, FFT, nicht verwenden Sie jeder Filter, und stellen Sie die Bandbreite bis 2 MHz.</li>
		<li>Ändern Sie die Geschwindigkeit, so dass es eine maximale Frequenz von 2,5 MHz unterstützen kann.</li>
		<li>Verwenden Sie die periodische Chirp-Wellenform. Hinweis: Hier Amplitude steht für Wechselspannung und Offset für Gleichspannung.</li>
		<li>Starten Sie die Messung mit diesem neuen Setup.</li>
		<li>Aktualisieren Sie die Übernahme Einstellungen, indem Sie ändern die DC-Spannung 1 V.</li>
		<li>Die angewandte Vorspannung im Erwerb Einstellungsfenster zu verringern, wenn die Ref1 die rote Alarm (Dies bedeutet zeigt, dass das Signal laut ist).</li>
		<li>Bewegen Sie den Laser an eine andere Stelle auf dem Balken, das Signal-Rausch-Verhältnis weiter zu erhöhen. Gelegentlich, liegt möglicherweise schlechte Flecken auf dem Balken, der die rote Alarm auf die Vibration verursacht; in diesem Fall weiterhin für den besten Platz zu suchen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Testen von 68 µm lange MEMS-Filter über LDV
	<ol>
<li>Wählen Sie den 68 µm lange MEMS-Filter zum testen.</li>
		<li>25 V Gleichspannung und 5 V Wechselspannung zwischen den zwei 68 µm lange angrenzenden Balken zusammen anwenden. Hier die DC-Spannung bietet biegen und die Wechselspannung ermöglicht den Resonanz-Betrieb.</li>
		<li>Anwenden einer zusätzlichen Gleichspannung, die eingebettete Heizungen in den 68 µm langen Balken gelegt, und erhöhen die Spannung von 0 V bis 5,7 V in kleinen Schritten. Dieses versieht Frequenz tuning basierend auf Joule Heizung.</li>
		<li>Beobachten und notieren Sie die Resonanzfrequenz und Phasengang in Bezug auf die angewandte Vorspannung bei jedem Schritt und fasst die Ergebnisse in einer Tabelle. Die Gesamthäufigkeit tuning für dieses Beispiel ist hier etwa 874 kHz bei 5,7 V Gleichspannung auf die integrierte Heizung angewendet wird. Hinweis: Simulationen (auf der rechten Seite) und realen Messung (auf der linken Seite) sind synchronisiert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Höhere Modi Messung
	<ol>
<li>Drücken Sie die A/D-Taste, um zum Erwerb Einstellungsfenster demonstrierten in Abschnitt 3.2 gehen und ändern Sie die Geschwindigkeit zu, so dass es zu sehr hohen Frequenzen unterstützen kann.</li>
		<li>Messen Sie der erste und der zweite Modus mit ihrer Phase. Hinweis: Ist die primäre Resonanz Verschiebung in Y-Richtung für Modus-1 und Mode 2 in Z-Richtung (das auf dem Mikroskop) obliegt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Vermeidung von Geräteausfall
<ol><li>
Niederfrequenz Rechtecksignal Signal Anwendung Stiction zu lösen
	<ol>
<li>Anwenden einer 1Hz Rechtecksignal das Stiction Problem zu lösen, das durch elektrostatische Aufladung zwischen den zwei benachbarten Balken entsteht.</li>
		<li>Gehen Sie zum Feld Offset und die DC-Spannung auf 1 V, unter Beibehaltung der AC-Spannung 1 V.</li>
		<li>Gehen Sie zum Feld Frequenz und stellen Sie die Frequenz von 1 Hz.</li>
		<li>Aktivieren Sie und wenden Sie dieser neuen Einrichtung auf die Balken an.</li>
		<li>Die Trennung der Balken beobachtest.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Hohe thermische Belastung und brennen
	<ol>
<li>Verwenden Sie eine zusätzliche Probe für den thermischen Stress-Test.</li>
		<li>Erhöhen Sie die angewandte Vorspannung auf dem embedded-Heizung von kleinen Schritten, die maximale zulässige Spannung zu finden, bevor das Gerät aufgrund der hohen thermischen Belastung ausfällt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Förderung der Tuning Funktion
<ol><li>Wenden Sie 25 V Gleichspannung und 5 V Wechselspannung zwischen den zwei 68 µm angrenzenden Balken und erhöht die angewandte Vorspannung auf die eingebetteten Heizung von 0 V bis 5,7 V, für eine insgesamt 661 kHz Frequenzverschiebung zusammen an.</li>
	<li>Erhöhen Sie die angewandte Bias-Spannung von 25 V bis 35 V eine Zusatzfeder Erweichung Effekt zwischen den beiden 68 µm lange angrenzenden Balken, beim Anlegen einer 1 V AC-Spannung und halten die gleiche Vorspannung-Setup auf die eingebetteten Heizungen hinzufügen.</li>
	<li>Notieren Sie die 32 % Verbesserung in insgesamt Frequenzverschiebung, da es von 661 kHz bis 875 kHz aus dieser Zusatzfeder Erweichung Wirkung erhöhen sollte. Hinweis: Nach bestem Wissen und Gewissen, ändern die Tune Fähigkeit der MEMS-Resonatoren zum ersten Mal in diesem Werk gelang.</li>
</ol>

<ol>
	<li>G&#246;kta&#351;, H., Turner, K., Zaghloul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+in+CMOS-MEMS+Resonator+for+High+Sensitive+Temperature+Sensing.">Enhancement in CMOS-MEMS Resonator for High Sensitive Temperature Sensing.</a> IEEE Sensors J. 17 (3), 598-603 (2017).</li><li>Davila, A. P., Jang, J., Gupta, A. K., Walter, T., Aronson, A., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microresonator+mass+sensors+for+detection+of+Bacillus+anthracis+Sterne+spores+in+air+and+water.">Microresonator mass sensors for detection of Bacillus anthracis Sterne spores in air and water.</a> Biosens. Bioelectron. 22 (12), 3028-3035 (2007).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suspended+microchannel+resonators+with+piezoresistive+sensors.">Suspended microchannel resonators with piezoresistive sensors.</a> Lab Chip. 11 (4), 645-651 (2011).</li><li>Arash, H., Pourkamali, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Characterization+of+MEMS-Based+Resonant+Organic+Gas+Sensors.">Fabrication and Characterization of MEMS-Based Resonant Organic Gas Sensors.</a> IEEE Sensors J. 12 (6), 1958-1964 (2012).</li><li>G&#246;kta&#351;, H., Zaghloul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+In-Plane+Fixed-Fixed+Beam+Resonators+with+Embedded+Heater+in+CMOS+Technology.">Tuning In-Plane Fixed-Fixed Beam Resonators with Embedded Heater in CMOS Technology.</a> IEEE Electron Device Lett. 36 (2), 189-191 (2015).</li><li>Li, C. S., Hou, L. J., Li, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+CMOS-MEMS+Resonator+Platform.">Advanced CMOS-MEMS Resonator Platform.</a> IEEE Electron Device Lett. 33 (2), 272-274 (2012).</li><li>Li, M. H., Chen, W. C., Li, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanically+Coupled+CMOS-MEMS+Free-Free+Beam+Resonator+Arrays+With+Ehanced+Power+Handling+Capability.">Mechanically Coupled CMOS-MEMS Free-Free Beam Resonator Arrays With Ehanced Power Handling Capability.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Control. 59 (3), 346-357 (2012).</li><li>Lopez, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+CMOS-MEMS+RF-Tunable+Bandpass+Filter+Based+on+Two+High-Q+22-MHz+Polysilicon+Clamped-Clamped+Beam+Resonators.">A CMOS-MEMS RF-Tunable Bandpass Filter Based on Two High-Q 22-MHz Polysilicon Clamped-Clamped Beam Resonators.</a> IEEE Electron Device Lett. 30 (7), 718-720 (2009).</li><li>Khine, L., Palaniapan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Q+bulk-mode+SOI+square+resonator+with+straight-beam+anchors.">High-Q bulk-mode SOI square resonator with straight-beam anchors.</a> J. Micromech. Microeng. 19 (1), (2009).</li><li>Manca, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+mechanical+resonances+in+MEMS+by+localized+joule+heating+of+phase+change+materials.">Programmable mechanical resonances in MEMS by localized joule heating of phase change materials.</a> Adv. Mater. 25 (44), 6430-6435 (2013).</li><li>R&#250;a, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+transition+behavior+in+microcantilevers+coated+with+M1-phase+VO2+and+M2-phase+VO2:Cr+thin+films.">Phase transition behavior in microcantilevers coated with M1-phase VO2 and M2-phase VO2:Cr thin films.</a> J. Appl. Phys. 111 (10), 104502 (2012).</li><li>Remtema, T., Lin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+frequency+tuning+for+micro+resonators+by+localized+thermal+stressing+effects.">Active frequency tuning for micro resonators by localized thermal stressing effects.</a> Sens. Actuators A, Phys. 91 (3), 326-332 (2001).</li><li>G&#246;kta&#351;, H., Zaghloul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Implementation+of+Low+Power+and+Wide+Tuning+Range+MEMS+filters+for+Communication+Applications.">The Implementation of Low Power and Wide Tuning Range MEMS filters for Communication Applications.</a> Radio Sci. 51 (10), 1636-1644 (2016).</li><li>G&#246;kta&#351;, H., Zaghloul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Novel+Microhotplate:+A+Design+Featuring+Ultra+High+Temperature,+Ultra+Low+Thermal+Stress,+Low+Power+Consumption+and+Small+Response+Time.">The Novel Microhotplate: A Design Featuring Ultra High Temperature, Ultra Low Thermal Stress, Low Power Consumption and Small Response Time.</a> Sensor Comm. , (2013).</li><li>Kushmerick, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+coating+structure+on+micromachine+stiction.">The influence of coating structure on micromachine stiction.</a> Tribol Lett. 10 (1), (2001).</li><li>Kim, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+anti-stiction+coatings+using+self-assembled+monolayers+for+gold+microstructures.">Continuous anti-stiction coatings using self-assembled monolayers for gold microstructures.</a> J. Micromech. Microeng. 12 (5), 688-695 (2002).</li><li>Bhattacharya, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+porous+silicon+formation+on+stiction+in+surface+micromachined+MEMS+structures.">Effect of porous silicon formation on stiction in surface micromachined MEMS structures.</a> Phys. Stat. Sol. (A). 202 (8), 1482-1486 (2005).</li><li>Koppaka, S. B., Phinney, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+Processing+Effects+on+Laser+Repair+of+Stiction-Failed+Microcantilevers.">Release Processing Effects on Laser Repair of Stiction-Failed Microcantilevers.</a> J. Microelectromech. Syst. 14 (2), 410-418 (2005).</li><li>Ghatkesar, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Higher+modes+of+vibration+increase+mass+sensitivity+in+nanomechanical+microcantilevers.">Higher modes of vibration increase mass sensitivity in nanomechanical microcantilevers.</a> Nanotechnology. 18 (44), 445502 (2007).</li><li>G&#246;kta&#351;, H., Mona, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Sensitivity+CMOS+Portable+Biosensor+with+Flexible+Microfluidic+Integration.">High Sensitivity CMOS Portable Biosensor with Flexible Microfluidic Integration.</a> IEEE SENSORS. , (2013).</li></ol>

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Die entscheidenden Schritte beim Aufbau von MEMS-Filter soll die Geräte basierend auf den Einsatzbereich zu entwickeln. Der Strahl sollte länger oder dünner für bessere Stimmung Effizienz (ppm/mW), aber kürzer oder dünner für Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen. In der gleichen Weise ist klares Signalerkennung über LDV in Gerät testen, weshalb es besser ist, den Strahl mit mindestens 3-4 µm Dicke zu entwerfen. Sonst wird das Signal laut, sogar mit einer 100 X Objektiv, und es dauert mehrere Punkte, ...

Es gibt eine wachsende Nachfrage für MEMS-Filter durch ihre hohe Zuverlässigkeit, geringer Stromverbrauch, kompakte Bauweise, hohen Qualitätsfaktor und niedrigen Kosten. Sie sind weit verbreitet als Sensoren und als zentrale Bestandteile in der drahtlosen Kommunikation. Temperatur-Sensoren1, Bio-Sensoren2,3, Gas-Sensoren4, Filter5,6,7und Oszillatoren sind die beliebtesten Anwendungsbereiche. Die beliebtesten elektrostatische MEMS-Filter sind fest fixiert Strahl5,8, Freischwinger2, Stimmgabel6, frei-freie Träger6,7, Biege-Disk Design7, und quadratische Form Design9.
Es gibt viele wichtige Schritte bei der Realisierung von eines MEMS-Filters, wie Design-Methodik (anwendungsorientierte Strukturoptimierung, breites Spektrum Frequenz Abstimmbereich und Ausfälle vermeiden) und Charakterisierung (schnelles Prototyping, Vermeidung von parasitären Kapazitäten und Erkennung von höheren Modi). Frequenz tuning Funktion ist erforderlich, um für jede Frequenzänderungen aufgrund Herstellung Toleranzen oder Umgebungstemperatur Variationen zu kompensieren. Verschiedene Techniken10,11,12 wurde in der Literatur berichtet, um dieser Anforderung zu entsprechen; Sie haben jedoch einige Nachteile wie begrenzten Frequenz tuning Fähigkeit, niedrige Mittenfrequenz, zusätzliche Post-processing-Anforderungen und externe Heizung10,11.
In dieser Studie präsentieren wir Ihnen breite Palette Frequenz tuning von Joule Heizung Methode5,13 über einen begrenzten Frequenz Abstimmbereich über einen Elastizitätsmodul ändern12 (Erhöhung der DC-Bias-Spannung zwischen zwei benachbarten Strahlen) und eine Material phase Übergang Methode10,11. Darüber hinaus wurden der Auswahl optimaler Struktur und die anwendungsorientierte Gestaltung in göktas und Zaghloul13zusammengefasst. Hier zeigen wir wie Tune die Resonanzfrequenz eines Balkens fest fixiert durch Erhöhung der DC-Spannung auf die integrierte Heizung mit Hilfe der LDV angewendet. Die finite-Elemente-Analyse (FEM)-Simulation wird mit der LDV-Messung im selben Frame aus Gründen der Visualisierung des tuning-Mechanismus synchronisiert. Dazu gehören das Joule Heiz- und Profil in die Balken biegen.
Wir präsentieren auch die mögliche Ausfälle (verbrannten Geräten und Stiction) und ihre Lösungsvorschläge. Heizung-Methode in Kombination mit der hohen thermischen Belastung des Trägers fest fixiert Joule bietet zahlreiche tuning-Frequenz aber zur gleichen Zeit kann verbrannten Geräten auf einem bestimmten Temperaturniveau führen. Dies ist zurückzuführen auf die hohe thermische Belastung zwischen verschiedenen Materialien14. Die Lösung ist die Gleichspannung zwischen zwei benachbarten Strahlen, die wiederum erhöht den Abstimmbereich (32 %), und eliminiert die Notwendigkeit für hohe Temperatur zu erhöhen. Diese "tuning tuning-Bereich" Methode wurde zuerst demonstrierten in göktas und Zaghloul5göktas und Zaghloul13näher erläutert und neu vorgestellten. Stiction, kann auf der anderen Seite während der Fertigung Prozess oder Resonanz-Operation erfolgen. Es wurden viele Techniken zur Bewältigung dieses Problems wie die Anwendung Oberflächenbeschichtung zur Verringerung der Adhäsion Energie15,16, zunehmender Oberflächenrauheit17und der Laser Reparatur Prozess18vorgeschlagen. Im Gegensatz dazu stellen wir eine einfache Technik, wo ein Niederfrequenz-Rechtecksignal zwischen zwei angeschlossenen Balken angewendet wurde und die Trennung wurde erfolgreich von LDV aufgezeichnet. Diese Methode beseitigen kann zusätzliche Kosten und Komplexität zu reduzieren.
Ein weiterer wichtiger Schritt beim Aufbau eines State-Of-The-Art-MEMS-Filters ist Charakterisierung und Verifizierung. Charakterisierung mit einem Netzwerk-Analyzer ist eine der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Methoden; Es hat jedoch einige Nachteile. Auch kleine parasitäre Kapazität kann das Signal zu töten und so dies in der Regel eine Verstärker-Schaltung3,6,8 für Lärm Beseitigung erfordert, und es nur erste Modus Resonanz erkennt. Auf der anderen Seite Charakterisierung mit LDV ist frei von dieser parasitäre Kapazität Frage und viel kleinerem Hubraum zu erkennen. Dies ermöglicht schnelles Prototyping, wodurch die Notwendigkeit für Verstärker-Design. Darüber hinaus erkennt LDV höheren Modus Resonanz der MEMS-Filter. Diese Funktion ist sehr vielversprechend, vor allem im Bereich der hochempfindliche Biosensoren. Ein höherer Cantilever-Modus bieten viel mehr Sensibilität19. Die höheren Modus Messung eines Balkens fest fixiert mit LDV gezeigt und auf FEM-Simulation-Messung angewendet. Die vorzeitige Ergebnisse aus der FEM-Simulation bieten bis zu 46 Mal Verbesserung in der Empfindlichkeit im Vergleich zu den ersten Modus des Strahls fest fixiert.

<table><tbody><tr><td>Laser Doppler Vibrometer</td><td>Polytec</td><td>Polytec MSA-500</td><td></td></tr><tr><td>Scanning Electron Microscope</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermal Camera</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Power Supply&amp;nbsp;</td><td>Egilent</td><td>(E3631A)</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Coventor</td><td>Coventor</td><td></td><td>Simulation Tool</td></tr><tr><td>Cadence Virtuoso</td><td>Cadence</td><td></td><td>Simulation Tool</td></tr><tr><td>Multisim</td><td>Multisim</td><td></td><td>Simulation Tool</td></tr></tbody></table>

design and characterization methodology for efficient wide range tunable mems filters

Hier zeigen wir die Vorteile der Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) über konventionelle Techniken (Netzwerk-Analyzer) sowie die Techniken, um eine anwendungsorientierte mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Filter wie es effizient zu nutzen () erstellen und d. h., tuning tuning-Funktion und Fehler und Stiction zu vermeiden). LDV ermöglicht wichtige Messungen, die mit der Netzwerk-Analyzer, wie höhere Modus Erkennung (hochempfindliche Biosensor-Anwendung) und Resonanz-Messung für sehr kleine Geräte (schnelles Prototyping) nicht möglich sind. Dementsprechend wurde LDV verwendet, um die tuning Frequenzbereich und die Resonanzfrequenz in verschiedenen Modi der MEMS-Filter für diese Studie gebaut charakterisieren. Diese breite Palette Frequenz tuning Mechanismus basiert einfach auf Joule Beheizung von eingebetteten Heizungen und relativ hohe thermische Belastung in Bezug auf die Temperatur eines Balkens fest fixiert. Wir zeigen jedoch, dass eine weitere Einschränkung dieser Methode ist die daraus resultierende hohe thermische Belastung, die die Geräte verbrennen kann. Weitere Verbesserung wurde erreicht und erstmals in dieser Studie gezeigt, so dass die Tune-Funktion durch eine Erhöhung der angewandten DC Bias-Spannung (25 V bis 35 V) zwischen zwei benachbarten Strahlen 32 % erhöht wurde. Diese wichtige Erkenntnis entfallen zusätzliche Erhitzung bei der breiteren Frequenzbereich tuning Joule. Ein weiteres mögliches Scheitern ist durch Stiction und Anforderung der Strukturoptimierung: Wir bieten eine einfache und leichte Technik der niederfrequenten Rechtecksignal Signal Anwendung, kann erfolgreich die Balken trennen und eliminiert die Notwendigkeit für mehr, anspruchsvolle und komplizierte Methoden in der Literatur gegeben. Die vorstehenden Feststellungen erfordern eine Design-Methodik, und so bieten wir auch eine anwendungsorientierte Design.

Stiction wurde durch die Anwendung niederfrequenter Rechtecksignal vermieden und dies wurde verifiziert, indem LDV (Abbildung 1). Mögliches Scheitern aufgrund der hohen thermischen Belastung14 bei der Anwendung relativ höhere DC Vorspannung auf den eingebetteten Heizelementen ergab sich unter Mikroskop (Abbildung 2). Das FEM-Programm wurde verwendet, um die höheren Modi für den Strahl (<strong class="x...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters at JoVE.com

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Design und Charakterisierung Methodik für effiziente Weitbereichs-abstimmbaren MEMS-Filter

Ein Protokoll für eine feste-feste Strahl-Design mit einem Laser Doppler Vibrometer (LDV), einschließlich der Messung der Frequenz tuning, Modifikation des Tunings-Fähigkeit und Vermeidung von Geräteausfall und Stiction, wird vorgestellt. Die Überlegenheit der LDV-Methode über die Netzwerk-Analyzer ist aufgrund seiner höheren Modus Fähigkeit unter Beweis gestellt.

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

design-characterization-methodology-for-efficient-wide-range-tunable

Research

JoVE Journal

Engineering

6.1K Aufrufe.  Harran University. Ein Protokoll für eine feste-feste Strahl-Design mit einem Laser Doppler Vibrometer (LDV), einschließlich der Messung der Frequenz tuning, Modifikation des Tunings-Fähigkeit und Vermeidung von Geräteausfall und Stiction, wird vorgestellt. Die Überlegenheit der LDV-Methode über die Netzwerk-Analyzer ist aufgrund seiner höheren Modus Fähigkeit unter Beweis gestellt.

Serie: Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

We describe the use of a carbon dioxide laser reflow technique to fabricate silica resonant cavities, including free-standing microspheres and on-chip microtoroids. The reflow method removes surface imperfections, allowing long photon lifetimes within both devices. The resulting devices have ultra high quality factors, enabling applications ranging from telecommunications to biodetection.

Herstellung von Silica Ultra High Quality Factor Mikroresonatoren

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

Forschung

Ingenieurwesen

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic samples with a wide range of possible sensor designs such as interferometers and resonators 1,2. Most of the existing RI sensing applications focus on biological materials in aqueous solutions in visible and IR frequencies, such as DNA hybridization and genome sequencing. At terahertz frequencies, applications include quality control, monitoring of industrial processes and sensing and detection applications involving nonpolar materials.
Several potential designs for refractive index sensors in the terahertz regime exist, including photonic crystal waveguides 3, asymmetric split-ring resonators 4, and photonic band gap structures integrated into parallel-plate waveguides 5. Many of these designs are based on optical resonators such as rings or cavities. The resonant frequencies of these structures are dependent on the refractive index of the material in or around the resonator. By monitoring the shifts in resonant frequency the refractive index of a sample can be accurately measured and this in turn can be used to identify a material, monitor contamination or dilution, etc.
The sensor design we use here is based on a simple parallel-plate waveguide 6,7. A rectangular groove machined into one face acts as a resonant cavity (Figures 1 and 2). When terahertz radiation is coupled into the waveguide and propagates in the lowest-order transverse-electric (TE1) mode, the result is a single strong resonant feature with a tunable resonant frequency that is dependent on the geometry of the groove 6,8. This groove can be filled with nonpolar liquid microfluidic samples which cause a shift in the observed resonant frequency that depends on the amount of liquid in the groove and its refractive index 9.
Our technique has an advantage over other terahertz techniques in its simplicity, both in fabrication and implementation, since the procedure can be accomplished with standard laboratory equipment without the need for a clean room or any special fabrication or experimental techniques. It can also be easily expanded to multichannel operation by the incorporation of multiple grooves 10. In this video we will describe our complete experimental procedure, from the design of the sensor to the data analysis and determination of the sample refractive index.

The procedure for implementing a refractive index sensor for terahertz frequencies based on a grooved parallel-plate waveguide geometry is described here. The method yields a measurement of the refractive index of a small volume of liquid through monitoring of the shift in the resonant frequency of the waveguide structure

Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Simulation, Herstellung und Charakterisierung von THz Metamaterial Absorber

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Using Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) to Develop Diagnostic Tools

Using Micro-Electro-Mechanical Systems MEMS to Develop Diagnostic Tools

Mit Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) zu Diagnose-Tools entwickeln

Biologie

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long and hollow glassy carbon microfibers derived from human hairs is introduced. The long and hollow carbon structures were made by the pyrolysis of human hair at 900 &#176;C in a N2 atmosphere. The morphology and chemical composition of natural and pyrolyzed human hairs were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and electron-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), respectively, to estimate the physical and chemical changes due to pyrolysis. Raman spectroscopy was used to confirm the glassy nature of the carbon microstructures. Pyrolyzed hair carbon was introduced to modify screen-printed carbon electrodes ; the modified electrodes were then applied to the electrochemical sensing of dopamine and ascorbic acid. Sensing performance of the modified sensors was improved as compared to the unmodified sensors. To obtain the desired carbon structure design, carbon micro-/nanoelectromechanical system (C-MEMS/C-NEMS) technology was developed. The most common C-MEMS/C-NEMS fabrication process consists of two steps: (i) the patterning of a carbon-rich base material, such as a photosensitive polymer, using photolithography; and (ii) carbonization through the pyrolysis of the patterned polymer in an oxygen-free environment. The C-MEMS/NEMS process has been widely used to develop microelectronic devices for various applications, including in micro-batteries, supercapacitors, glucose sensors, gas sensors, fuel cells, and triboelectric nanogenerators. Here, recent developments of a high-aspect ratio solid and hollow carbon microstructures with SU8 photoresists are discussed. The structural shrinkage during pyrolysis was investigated using confocal microscopy and SEM. Raman spectroscopy was used to confirm the crystallinity of the structure, and the atomic percentage of the elements present in the material before and after pyrolysis was measured using EDX.

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Long and hollow glassy carbon microfibers were fabricated based on the pyrolysis of a natural product, human hair. The two fabrication steps of carbon microelectromechanical and carbon nanoelectromechanical systems, or C-MEMS and C-NEMS, are: (i) photolithography of a carbon-rich polymer precursor and (ii) pyrolysis of the patterned polymer precursor.

Herstellung von 3D-Carbon-Mikroelektromechanischen Systemen (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip (LOC) system. The simultaneous excitation of the fundamental frequency and its third harmonic, which is termed as dual-frequency excitation, to a pair of interdigital transducers (IDTs) could generate a new type of standing acoustic waves in a microfluidic channel. Varying the power and the phase in the dual-frequency excitation signals results in a reconfigurable field of the acoustic radiation force applied to the microparticles across the microchannel (e.g., the number and location of the pressure nodes and the microparticle concentrations at the corresponding pressure nodes). This article demonstrates that the motion time of the microparticle to only one pressure node can be reduced ~2-fold at the power ratio of the fundamental frequency greater than ~90%. In contrast, there are three pressure nodes in the microchannel if less than this threshold. Furthermore, adjusting the initial phase between the fundamental frequency and the third harmonic results in different motion rates of the three SSAW pressure nodes, as well as in the percentage of microparticles at each pressure node in the microchannel. There is a good agreement between the experimental observation and the numerical predictions. This novel excitation method can easily and non-invasively integrate into the LOC system, with a wide tenability and only a few changes to the experimental set-up.

A protocol for manipulating the microparticles in a microfluidic channel with a dual-frequency excitation is presented.

Mikropartikel Manipulation durch ständigen akustischen Oberflächenwellen mit Zweifrequenz-Erregungen

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip ...

Rapid Repetition Rate Fluctuation Measurement of Soliton Crystals in a Microresonator

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the nonlinearity in a propagation Kerr medium. The development of dissipative Kerr solitons (DKSs) in high-Q microcavities drives a novel, compact, chip-scale soliton source. When DKSs serve as femtosecond pulses, the repetition rate fluctuation can be applied to ultrahigh precision metrology, high-speed optical sampling, and optical clocks, etc. In this paper, the rapid repetition rate fluctuation of soliton crystals (SCs), a special state of DKSs where particle-like solitons are tightly packed and fully occupy a resonator, is measured based on the well-known delayed self-heterodyne method. The SCs are generated using a thermal-controlled method. The pump is a frequency fixed laser with a linewidth of 100 Hz. The integral time in frequency fluctuation measurements is controlled by the length of the delay fiber. For a SC with a single vacancy, the repetition rate fluctuations are ~53.24 Hz within 10 &#181;s and ~509.32 Hz within 125 &#181;s, respectively.

Here, we present a protocol to generate soliton crystals in a butterfly-packaged micro-ring resonator using a thermal tuned method. Further, the repetition rate fluctuations of a soliton crystal with a single vacancy are measured using a delayed self-heterodyne method.

Schnelle Variation der Wiederholrate Messung von Solitonkristallen in einem Mikroresonator

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the ...

<meta charset="utf8"></head><body>Charakterisierung der viskoelastischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Polymer-Metamaterialien

Characterizing Dissipative Elastic Metamaterials Produced by Additive Manufacturing

Viscoelastic behavior can be beneficial in enhancing the unprecedented dynamics of polymer metamaterials or, in contrast, negatively impacting their wave control mechanisms. It is, therefore, crucial to properly characterize the viscoelastic properties of a polymer metamaterial at its working frequencies to understand viscoelastic effects. However, the viscoelasticity of polymers is a complex phenomenon, and the data on storage and loss moduli at ultrasonic frequencies are extremely limited, especially for additively manufactured polymers. This work presents a protocol to experimentally characterize the viscoelastic properties of additively manufactured polymers and to use them in the numerical analysis of polymer metamaterials. Specifically, the protocol includes the description of the manufacturing process, experimental procedures to measure the thermal, viscoelastic, and mechanical properties of additively manufactured polymers, and an approach to use these properties in finite-element simulations of the metamaterial dynamics. The numerical results are validated in ultrasonic transmission tests. To exemplify the protocol, the analysis is focused on acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and aims at characterizing the dynamic behavior of a simple metamaterial made from it by using fused deposition modeling (FDM) three-dimensional (3D) printing. The proposed protocol will be helpful for many researchers to estimate viscous losses in 3D-printed polymer elastic metamaterials that will improve the understanding of material-property relations for viscoelastic metamaterials and eventually stimulate the use of 3D-printed polymer metamaterial parts in various applications.

<meta charset="utf8"></head><body>Charakterisierung dissipativer, elastischer Metamaterialien, die durch additive Fertigung hergestellt werden

Additively manufactured polymers have been widely used for producing elastic metamaterials. The viscoelastic behavior of these polymers at ultrasonic frequencies remains, however, poorly studied. This study reports a protocol to estimate the viscoelastic properties of 3D-printed polymers and show how to use them to analyze the metamaterial dynamics.

Charakterisierung dissipativer, elastischer Metamaterialien, die durch additive Fertigung hergestellt werden 

Viscoelastic behavior can be beneficial in enhancing the unprecedented dynamics of polymer metamaterials or, in contrast, negatively impacting their wave ...