8. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
8.5 İnce Filmlerin Şekillendirilmesi
8.6.1 Cam Altlık Üzerindeki Gerinim Ölçerlerin Değerlendirilmesi
Şekillendirme işlemi sonrası elde edilen gerinim ölçerler (Şekil 8.39), 10mm boyunda 8 adet algılama koluna sahiptir. Her kol ortalama 460µm genişlikte ve 500 nm kalınlıktadır. Üretim sonrası, gerinim ölçerlerin kontak noktalarına 60/40 Sn/Pb lehim alaşımı kullanılarak düşük dirençli ince iletken teller lehimlenmiştir. Kararlı elektriksel kontak oluşturulduktan sonra tekrarlı yapılan ölçümler sonunda, cam üzerinde üretilen gerinim ölçerlerin ortalama elektriksel dirençlerinin 9 – 14 kΩ arasında olduğu ölçülmüştür.
Üretilen gerinim ölçerlerin bir başka elektriksel parametresi ise, ısıl direnç katsayısı (TCR)‟ dir. Yaptığımız çalışmada gerinim ölçerlerin TCR katsayılarının ölçümleri için, kullanıma hazır haldeki gerinim ölçer, ısıtma hızı ve sıcaklığı kontrol edilebilir bir sıcak yüzey üzerine yapılmıştır. Gerinim ölçerin sıcak yüzey üzerinde sabitlenmesinin ardından, 20 °C „ den başlanarak 100 °C‟ e sıcaklığa kadar gerinim ölçerin sıcaklığı artırılmış ve sıcaklık artışı gerinim ölçerin üzerinde üretildiği cama doğrudan temas eden bir ısılçift ile hassas olarak ölçülmüştür. Her 10 °C‟ lik artışta yaklaşık 1 dakika beklenilerek direncin sabitleşmesi sağlanmış ve elde edilen değerler Denklem 8.5 uyarınca hesaplanarak gerinim ölçerin TCR değeri 0.0006 /°C olarak hesaplanmıştır.
*(
) +
(8.5) Deneysel çalışmalarımızda ürettiğimiz gerinim ölçerlerin ε – ΔR/R0 karakteristik eğrisini eldeedebilmek amacıyla Şekil 8.39‟ da gösterilen ince film gerinim ölçer, eni, boyu ve kalınlığı sırasıyla 26, 76, 1 mm olan cam çubuk üzerinde üretilmiştir. Daha sonra tek noktasından sabitlenen çubuk ile, ASTM E 251 – 92‟ de tarif edilen “sabit eğme momentli çubuk” düzeneğine uygun bir düzenek kurulmuştur. Gerinim ölçer düzeneğinin yanı sıra, ticari olarak kullanılan gerinim ölçerler ile ürettiğimiz gerinim ölçerin elektriksel dirençleri birbirlerinden oldukça faklı olduğundan elektriksel ölçümlerin doğru yapılabilmesi için kendi araştırmamız parametrelerine uygun bir Wheatstone köprüsüne ihtiyaç duyulduğu tespit edilmiştir.
Şekil 8.40‟ de gösterilen şekliyle üretilen Wheatstone köprüsü, gerinim altında bulunmayan, test altındaki gerinim ölçerle aynı özellikleri taşıyan ve deneysel çalışmalarımızda gerinim ölçerleri üretmekte kullandığımız yöntem ve prensiplerle üretilmiş özdeş dirençlerden kurulmuştur. Ayrıca köprü şeklinde bağlanmış dirençlerin her koluna takılmış dirençleri 0- 10kΩ arasında değiştirilebilen 3 adet potansiyometre ile köprü, başlangıç konumunda ampermetredeki değer “0” olacak şekilde dengelenebilmektedir.
Şekil 8.40 Deneysel çalışmalarımızda üretilen ince film dirençler ile oluşturulan Wheatstone köprüsünü göstermektedir.
cam eğme çubuğu üzerinde doğrudan üretilen gerinim ölçer, orta noktasından 40 mm mesafeye yerleştirilen 20, 50, 70, 90, 100, 120, 140 gr‟lık yüklerle test edilmiştir. Test sonucu Şekil 8.40‟ de gösterilen gerinim köprüsü ile sabit Vg potansiyeline karşı, gerinim ölçerde
gerinimin oluşturduğu direnç farklılığı ile oluşan Vç değerleri mV cinsinden ölçülmüştür.
Ölçümler sonucu elde edilen Vgiriş, Vçıkış ve dirençleri bilinen üç ince filmin direnç değeri
kullanılarak Denklem 8.6 ile,
(
)
(8.6)gerinim ölçerdeki direnç değişimi Rs, hesaplanmıştır.
Cam üzerinde ürettiğimiz gerinim ölçerin yük altında maruz kaldığı gerinim tespit etmek amacıyla gerinim ölçerin kapladığı alanla aynı alanı kaplayan, NiCr‟ dan üretilmiş, 2.11 gerinim faktörü değerine sahip ticari bir gerinim ölçer, ürettiğimiz gerinim ölçerle aynı noktaya yapıştırılmıştır. Daha sonra ticari gerinim ölçer Vishay marka gerinim köprüsüne bağlanarak kullanılan yüklere karşı elde edilen mikrogerinim değerleri tespit edilmiştir. Ticari gerinim ölçer ile elde edilen gerinim – yük değerleri Şekil 8.41‟ de gösterilmiştir.
Şekil 8.41. Ticari gerinim ölçer ile cam üzerinde sabit yükler kullanılarak yapılan analizle elde edilen gerinim değerleri.
Tespit edilen mikro gerinim değerleri ile ürettiğimiz gerinim ölçerin ΔR/R0 değerleri deneysel
karşılaştırılmalı olarak ele alınarak, çalışmamızda elde edilen gerinim ölçerlerin karakteristik mikro gerinim - ΔR/R0 eğrisi (Şekil 8.42) elde edilmiştir.
Şekil 8.42 Cam üzerinde üretilen 500 nm Nichrome gerinim ölçerin gerinim karakteristik eğrisini göstermektedir.
8.6.2 PMMA Altlık Üzerinde Üretilen Gerinim Ölçerler
Biriktirme işleminin ardından PMMA altlık üzerindeki Nichrome ince filmler litografi ve ıslak aşındırma yöntemleri kullanılarak şekillendirilmiş ve PMMA çubuk yüzeyinde elde edilen gerinim ölçerlerin 60/40 Sn/Pb alaşımı kullanılarak kontak terminallerine ince teller lehimlenmiştir.
Ancak lehimleme sırasında lehim alaşımının sıcaklığı ile ince film altındaki PMMA‟ nın bozulduğu ve buna bağlı olarak kararlı olmayan çok yüksek direnç değerleri elde edildiği tespit edilmiştir. Tekrarlı olarak yapılan denemelerde bazı durumlarda direncin kabul edilemeyecek oranda yükseldiği tespit edilmiştir.
PMMA üzerindeki gerinim ölçerlerin dirençlerinin ölçülebilmesi ve gerinim ölçer olarak test edilebilmeleri için farklı lehim alaşımları denenmiştir. Bu denemelerde kimyasal çözücü içerisinde çözünmüş gümüş tanecikleri içeren lehimler ve yine 60/40 Sn/Pb bileşiminde ancak pasta şeklinde olan sıvı halde olan lehim tipleri ile denemeler yapılmıştır. Hava ortamı ya da çok düşük sıcaklılarda kuruyan bu tip lehimlerde de kontak bölgesinde iletken tel ile ince film arasındaki mekanik temasın gerinim ölçer testlerini kaldıramayacak düzeyde zayıf olduğu görülmüştür. Bu şekildeki durumlarda lehim ile ince film arasında kararlı bir kontak olmadığından, direnç okumaları da tutarlı olmamıştır.
PMMA altlık üzerinde biriktirme ve şekillendirme işlemleri başarı ile yapılabilmesine karşın, elektriksel kontakların yapacağımız testlere uygun olarak hazırlanamamasından üretilen gerinim ölçerler cam numunede olduğu gibi test edilememiştir.