This thesis reports a high performance accelerometer with a new process by making the use of bulk micromachining technology. The new process includes the utilization of Silicon-on-Insulator (SOI) wafer and its buried oxide (BOX) layer. The BOX layer helps to realize interdigitated finger structures, which commonly find place in surface micromachined CMOS-MEMS capacitive accelerometers. The multi-metal layered CMOS-MEMS devices inherently incorporate interdigitated finger structures. Interdigitated finger structures are highly sensitive to acceleration in comparison with comb-finger structures, which generally find usage in bulk-micromachined devices, due to absence of anti-gap. The designed sensors based on this fabrication process is sought to form a fully-differential signal interfaced sensor with incorporation of the advantages of high sensitive interdigitated finger electrodes and high aspect ratio SOI wafer?s bulk single crystal silicon device.Under the light of the envisaged process, sensor designs were made, and verified using a computing environment, MATLAB, and a finite element analysis simulator, CoventorWARE. The verified two designs were fabricated, and all the tests, except the centrifuge test, were made at METU-MEMS Research Center. Among the fabricated sensors, the one designed for the high performance achieves a capacitance sensitivity of 178 fF with a rest capacitance of 8.1 pF by employing interdigitated finger electrodes, while its comb-finger implementation can only achieve a capacitance sensitivity of 75 fF with a rest capacitance of 10 pF.

Bu tez kütle işleme teknolojisinden faydalanarak yeni bir işleme ile yüksek performanslı bir duyarga rapor etmektedir. Yeni işleme Yalıtkan-Üstü-Silisyum (YÜS) pul ve onun gömülü oksit tabakasını kullanmayı içermektedir. Gömülü oksit tabakası yüzey-işlenmiş CMOS-MEMS kapasitif ivmeölçerlerde oldukça sık kullanılan içiçe geçmiş parmak yapısını gerçekleştirmeye yardım etmektedir. Oksit tabakası üstünden alınacak bağlantılarla CMOS-MEMS ivmeölçerlerdeki çok katlı metal yapı oluşturulmaktadır. Çoklu metal tabakalı CMOS-MEMS cihazlar doğal olarak içiçe geçmiş parmak yapıları içerir. İçiçe geçmiş parmak yapıları genellikle kütle mikroişlemeli cihazlarda kullanılmakta olan taraklı parmak yapılara nazaran ivmeye oldukça duyarlıdır. Bu üretim işlemine dayandırılarak tasarlanan duyargaların yüksek hassasiyetli içiçe geçmiş parmak elektrotlarını ve yüksek cephe oranlı YÜS pulun kütlesel tek kristal silisyum yapısal tabakasının avantajlarından faydalanarak tam diferansiyel sinyal arayüzlü bir duyarga üretmek amaçlanmıştır.Öngörülmüş işlemenin ışığı altında duyarga tasarımları yapılmış ve MATLAB hesaplama ortamı ile CoventorWARE sonlu elaman analiz benzeticisinde doğrulanmıştır. Doğrulanmış iki tasarım üretilmiş ve merkezkaç testi hariç bütün testler METU-MEMS Araştırma Merkezinde yapılmıştır. Üretilmiş duyargalar arasında, yüksek performans için tasarlanan duyarga taraklı uygulaması ile 10 pF durağan kapasitans ile sadece 75 fF'lık bir kapasitans duyarlılığı gösterirken, içiçe geçmiş elektrotları kullanarak 8.1 pF durağan kapasitans ile 178 fF'lık bir kapasitans duyarlılığı göstermektedir.