This thesis presents the development and microfabrication of capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUT) with diamond membranes for the first time in the literature. Although silicon and silicon nitride (Si3N4) membranes have been generally used as the membrane material in CMUTs. These membrane materials have moderate properties that can cause damage during the operation of CMUTs. In this thesis, a new material for the membrane is introduced for CMUTs. Diamond has exceptional potential in the area of micro-nano technologies due to unrivalled stiffness and hardness, excellent tribological performance, highly tailorable and stable surface chemistry, high thermal conductivity and low thermal expansion, high acoustic velocity of propagating waves, and biocompatibility. Based on these excellent material properties, diamond is employed in the new generation CMUT structures for more robust and reliable operations.The microfabrication process of CMUT has been generally performed with either sacrificial release process or wafer bonding technique. High yield and low cost features of wafer bonding process makes it preferable for CMUT devices. In this thesis, plasma-activated direct wafer bonding process was developed for the microfabrication of 16-element 1-D CMUT arrays with diamond membranes. They were designed to operate at different resonance frequencies in the range of 1 MHz and 10 MHz with different cell diameters (120, 88, 72, 54, 44 um) and element spacing (250, 375 um).1-D CMUT array devices can be used for focusing ultrasound applications. The electronic circuit for 1-D CMUT devices with diamond membranes was designed and implemented on PCB for the ultrasound focusing experiment. This electronic circuit generates continuous or burst AC signals of ± 15 V with different and adjustable phase shifting options at 3 MHz frequency.16 elements of 72 um 1-D CMUT array were successfully tested. Fully functional 7 elements of 1-D CMUT array are focused at an axial distance of 5.81 mm on the normal to the CMUT center plane. The CMUT array was excited using 10 Vp-p with 10 cycles sinusoidal signals at 3 MHz.The microfabrication process and focusing ultrasound of 1-D CMUT devices with diamond membranes are done successfully in this thesis.

Bu tez literatürde ilk defa elmas membranlı kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik çevirgeçlerin geliştirilmesini ve mikroüretimini sunmaktadır. Silisyum ve silisyum nitrür (Si3N4) membranlar halihazırda CMUT'ların fiziksel yapılarında kullanılmaktadır. Bu ortalama özelliklere sahip membran malzemeleri CMUT'ların çalışma süreçlerinde hasara sebep olabilirler. Bu tezde, CMUT'ların membran yapıları için yeni bir malzeme sunulmuştur. Elmas, mikro-nano teknoloji alanında rakipsiz sertliği ve dayanıklılığı, sürtünmeyle ilgili mükemmel performansı, ayarlanabilen ve dengeli yüzey kimyası, yüksek termal iletkenliği ve düşük termal genleşmesi, içinde yayılan akustik dalgaların hızının yüksekliği, ve biyouyumluluğu ile olağanüstü potansiyele sahiptir. Bu mükemmel özelliklerinden dolayı elmas, yeni jenerasyon CMUT yapılarıyla, daha dayanıklı ve güvenilir çalışmalar için kullanılmıştır.CMUT'ların mikroüretim işlemi ya feda katmanı işlemiyle ya da pul bağlama tekniğiyle yapılmıştır. Pul bağlama tekniğinin yüksek verim ve düşük üretim maliyeti, CMUT cihazları için tercih sebebi olmuştur. Bu tezde, elmas membranlı, 16 elemanlı 1-D CMUT cihazlarının mikroüretimi plazma ile active edilmiş doğrudan pul bağlama yöntemi ile geliştirilmiştir. 1 ile 10 MHz rezonans frekanslarında çalışabilmeleri için farklı çaplar (120, 88, 72, 54, 44 um) ve eleman aralıklarıyla (250, 375 um) tasarlanmışlardır.1-D CMUT cihazları ultrason odaklama uygulamalarında kullanılabilir. Elmas membranlı 1-D CMUT cihazlarının ultrason odaklama deneyi için, elektronik devresi tasarlanmış ve PCB üzerine monte edilmiştir. Bu elektronik devre ± 15 V'luk sürekli veya burst AC sinyalini, 3 MHz frekansında farklı ve ayarlanabilir faz kaydırma seçenekleriyle üretmektedir.72 um 16 elemanlı 1-D CMUT dizisi başarıyla test edilmiştir. Tamamiyle fonksionel olan 7 eleman CMUT'ın merkez yüzeyine dik olan eksen üzerinde 5.81 mm'de odaklanmıştır. CMUT dizileri, 3 MHz'te 10 periyotluk 10 Vp-p sinüs sinyali ile uyarılmıştır.Bu tezde elmas membranlı 1-D CMUT cihazlarının mikroüretim süreci ve ultrason odaklaması başarılı bir şekilde yapılmıştır.