`
`
`
`DECLARATION OF UMIT SEDGI
`
`I, UMIT SEDGI, pursuant to 28 U.S.C. § 1746, hereby declare as follows:
`
`1.
`
`I am a Freelance Vendor at TransPerfect, Inc.
`
`2.
`
`I submit this declaration to certify the accuracy of the English translation of the
`
`1997 O. Akar and T. Akin under 37 C.F.R. § 1.68..
`
`3.
`
`My statements are based on personal knowledge and my review of the 1997 O.
`
`Akar and T. Akin and its Turkish-to-English translation. If called as a witness about the facts
`
`contained in these statements, I could testify competently based on such personal knowledge
`
`and the investigation I have conducted.
`
`4.
`
`5.
`
`Attached as Exhibit A is a true and accurate copy of 1997 O. Akar and T. Akin.
`
`Attached as Exhibit B is a true and accurate copy of an English translation of
`
`1997 O. Akar and T. AkinUnder 37 C.F.R. § 1.68.
`
`6.
`
`Exhibit B is a true and accurate translation from Turkish into English of Exhibit
`
`A.
`
`7.
`
`All statements made herein of my own knowledge are true, and all statements
`
`made on information and belief are believed to be true. Further, I am aware that these statements
`
`are made with the knowledge that willful false statements and the like so made are punishable by
`
`fine or imprisonment, or both, under 18 U.S.C. § 1001. I declare under penalty of perjury that to
`
`the best of my knowledge, the foregoing is true and correct.
`
`8.
`
`I also understand that by submitting this declaration I may be asked to appear for
`
`a deposition asking me questions limited to the material in my declaration. With my signature
`
`below, I agree to make reasonable efforts to make myself available for such a deposition at a
`
`reasonable place in the United States and time of my choosing.
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 001
`
`

`

`
`
`* * *
`
`I declare under penalty of perjury that the foregoing is true and correct to the best
`
`of my knowledge. Executed on May 9, 2019 in Spring Valley, New York.
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`UMIT SEDGI
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 002
`
`

`

`EXHIBIT A
`
`EXHIBIT A
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 003
`
`

`

`TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI
`
`'/>-•
`
`•
`
`\
`
`TMMOB
`ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI
`ANKARA ŞUBESİ
`
`ODTÜ
`ELEKTRİK -ELEKTRONİK
`MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
`
`TÜBİTAK
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 004
`
`

`

`ÖNSÖZ
`
`TBMMO Elektrik Mühendisleri Odası Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği 7
`Ulusal Kongresini ve Sergisini Orta Doğu Teknik Üniversitesi'nde gerçekleştirmiş
`olmaktan onur ve sevinç duymaktayız. Üniversite olarak kongreye ikinci kez evsahipliği
`yapmamız bizi fazlasıyla mutlu etmiştir, ama mutluluğumuz asıl geçen süre içinde
`Odamızın, meslek yaşamımızın ve Üniversitemizin ne kadar
`gelişmiş olduğunu
`gözlemekten kaynaklanmaktadır.
`
`Gerçekten de ilgi alanlarımızın çeşitlenmesi, bu alanlarda belli bir beceriye ulaşılmış olması,
`eskiden güçlü olduğumuz dallarda da gücümüzün sürmesi Elektrik-Elektronik ve
`Bilgisayar Mühendislerimizin ülke genelinde giderek daha fazla söz sahibi olmaları
`olgusunu yaratmaktadır. Bireysel başarılarımızın kurumlanmızı da ülke ekonomisi ve
`gelişmesi bakımdan güçlendirmekte olduğu açıktır. Nitekim bu sektörlerde faaliyet
`gösteren kuruluş sayısı hızla artmaktadır. Bu sayısal gelişmenin nitelik bakımından da aynı
`hızla sürdüğünü görmek sevindiricidir. Kongremiz ve sergimiz bunun en somut kanıtını
`oluşturmaktadır.
`
`2000Mİ yılların Türkiye'sinin ihtiyaçlarını yakahyabilmek için daha çok şeyler yapılması
`gerekmektedir. Endüstri-Eğitim Kurumlan ve Meslek Odaları arasındaki iletişim ve
`karşılıklı etkileşimi güçlendirmek gerekmektedir. Bu geçmişe oranla daha sevindirici bir
`düzeyde sürüyor da olsa henüz gelişmiş ülkelerdeki başarılı örneklerin uzağındadır.
`Önümüzdeki yularda bu konuda daha fazla çabaya ihtiyaç vardır.
`
`Tüm katılımcılara Kongre ve Sergimize vermiş oldukları güç için teşekkür ediyorum.
`Sizleri Üniversitemizde görmenin kıvancıyla selamlıyor saygılarımı sunuyorum.
`
`Prof. Dr. Fatik Canatan
`Yürütme Kurulu Başkanı
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 005
`
`

`

`ELEKTRİK-ELEKTRONİK-BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ
`7. ULUSAL KONGRESİ
`
`YÜRÜTME KURULU
`
`Fatih CANATAN (Başkan, ODTÜ)
`
`M. Mete BULUT (ODTÜ)
`Cengiz BEŞİKÇİ (ODTÜ)
`Gönül SAYAN (ODTÜ)
`Cemil ARIKAN (TÜBİTAK)
`M. Hacim KAMOY (ASELSAN)
`Hüseyin ARABUL (BARMEK)
`Aydın GÜRPINAR (ENERSİS)
`
`M. Asım RASAN (EMO)
`Cengiz GÖLTAŞ (EMO)
`H. Ali YİĞİT (EMO)
`Kubilay ÖZBEK (EMO)
`M. Sıtkı Çiğdem (EMO)
`Funda BAŞARAN (EMO)
`Mustafa ÖZTÜRK (EMO)
`
`EDİTÖRLER
`
`Fatih CANATAN
`
`Mehmet Mete BULUT
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 006
`
`

`

`ENDÜSTRİYEL VE BİYOMEDİKAL UYGULAMALAR İÇİN
`SİLİSYUM MİKROİŞLENMİŞ KAPASİTİF BASINÇ SENSÖRÜ
`
`Orhan Ş. AKAR* ve Tayfun AKIN* **
`*TÜBİTAK-BİLTEN, Orta Doğu Teknik Üniversitesi
`"Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
`
`ABSTRACT
`This paper reports the design and fabrication of
`two
`type of micromachined capacitıve silicon
`pressure sensors
`for
`industrial and biomedical
`applications. The dynamic ranges of the sensors
`designed for industrial applications vary between 0-
`50mmHg and 0-1200mmHg. Sensors are batch
`fabricated usıng silicon micromachıning process and
`occupies an area of 0.4 x 0.6mm . We have
`measured 120fF capacitance changes
`for 0-
`200mmHg
`range över 500fF
`zero pressure
`capacitance. The pressure sensor for biomedical
`applications can be implented in the body and can be
`monitored telemetrically without using any wire that
`breaks the skin.
`This is achieved by using the
`electroplated coil which is fabricated together with the
`pressure sensor. This implantable sensor measures
`1 5mm x 2.5mm x O.ömm in size and provides a
`dynamic range of OSOmmHg.
`
`ÖNBİLGİ
`Elektronik teknolojisinin temel taşı olan silisyum,
`mekanik ve elektrik özellikleri sayesinde günümüz
`CMOS entegre devre üretim teknolojisinin verdiği
`imkanlarla bugüne kadar yapılmış en küçük elektro-
`mekanik
`sistemlerin gerçekleştirilmesine olanak
`vermiştir. Bugün aynı malzeme üzerinde hem
`elektronik devreler hem de mekanik yapılar aynı anda
`gerçeklenebilmektedir. Bu sayede karmaşık sistemler
`bir kaç milimetrekarelik alanda ve çok ucuza
`geliştirilmektedir [1]. Bu küçük sistemler Mikro-
`Elektro-Mekanık-Sistemler
`(MEMS)
`olarak
`da
`adlandırılmaktadır Mikroişleme (micromachıning) ile
`gerçekleştirilen mikrosensörler, otomotiv endüstri-
`sinden mikrobiyolojiye, görüntü
`işlemeden uzay
`sanayisine kadar çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.
`Mikroişleme
`ile üretilen bir çok basınç ve
`ivme
`sensörü
`(accelerometer)
`otomotiv
`sanayisinin
`ayrılmaz parçaları olmuştur. Örneğin, bir kaza anında
`otomobilin hava yastığının çalışması mikroişleme ile
`üretilmiş
`ivme sensörlerine dayanmaktadır. Ayrıca
`dalgıç tüplerinde, elde taşınabilir araba lastik basıncı
`ölçüm aletlerinde de mikroişlenmiş silisyum basınç
`sensörleri bulunmaktadır. Bu basınç sensörleri çok
`küçük üretilebildiğinden biyomedikal alanında da
`kullanılabilmektedir.
`Mikroişleme yöntemi ile basınç sensörleri yaygın
`olarak iki şekilde gerçeklenir: piezorezistif ve kapasitif
`basınç sensörü. Her iki yapıda da ana kısım esnek bir
`diyaframdır. Piezorezistif sensörde diyafram üzerine
`yerleştirilen direncin değeri, kapasitif sensörde
`ise
`
`diyaframın oluşturduğu kapasıtörun değeri diyaframın
`bükülmesi ile değişir. Bu değişimler sensore bağlanan
`bir elektronik devre yardımıyla elektriksel
`işarete
`dönüştürülür. Piezorezistif sensor geniş bir basınç
`aralığında doğrusal değişim gösterir ve çıkış direnci
`düşük olduğundan ölçüm
`için kuvvetlendirici bir ara
`devreye gerek duyulmaz. Ancak diyafram, üzerine
`yerleştirilen
`dirençlerden
`dolayı
`çok
`ince
`yapılamadığından, sensörün basınca karşı duyarlılığı
`düşüktür [2], Kapasitif sensor ise piezorezistif sensöre
`göre bazı avantajlara sahiptir. Kapasitif sensörde
`diyafram oluşturulması piezorezistif olanlara oranla
`daha kolaydır ve daha fazla esnektir. Yapının basınç
`hassasiyeti daha iyidir ve sıcaklığa karşı 10 kat daha az
`duyarlıdır.
`Algılayıcı
`kısım
`yalnız
`kapasitörden
`oluştuğundan güç harcaması oldukça düşüktür.
`Bunların yanında yüksek duyarlılık, düşük basınç
`aralığı ve uzun süre dayanıklılık göz önüne alındığında,
`kapasitif basınç sensörleri piezorezistif olanlara kıyasla
`daha yüksek performans gösterirler [3,4],
`Bu bildiride, ODTÜ'de tasarladığımız ve Mıchigan
`Üniversitesi'nin yarı-iletken
`laboratuvarında ürettiğimiz
`kapasitif basınç sensörleri anlatılmıştır. Bu sensörlerin
`bir kısmı endüstriyel uygulamalar için, diğer kısmı ise
`biyomedikal uygulamalar
`için geliştirilmiştir. Her
`ıkı
`sensor tipi, aynı fabrikasyon süreci
`içinde ve aynı
`maskeler kullanarak üretilmiştir.
`
`SİLİSYUM MİKROİŞLENMİŞ
`BASINÇ SENSÖRÜNÜN YAPISI
`Silisyum mikroişleme teknolojisi kullanılarak elde
`edilen basınç sensörlerinin yapısı Şekil 1 ve Şekil 2'de
`gösterilmiştir.
`Diyafram
`
`Katkılı silisyum
`
`Yalıtkan tabaka
`
`Şekil 1: Kapasitif basınç sensörünün kesit görüntüsü
`
`Şekil 1'de endüstriyel uygulamalarda kullanılacak
`kapasitif sensörün kesiti gösterilmiştir. Burada bor
`katkılaması ile belirlenmiş bir silisyum parça, bir cam
`taban üzerine yerleştirilmiştir. Cam üzerindeki metal
`alan, bor katkılanmış silisyum ve bu
`iki yüzey
`arasındaki 2um aralık bir kapasitör oluşturur. Şekil
`1'de iki tane kapasitör yapısı görülmektedir. Soldaki
`kapasitörde 6um kalınlığında
`ince bir diyafram
`bulunmaktadır. Bu diyafram bir basınç uygulandığında
`
`ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 007
`
`

`

`bükülerek alttaki metale yaklaşmakta, bu da yapının
`kapasitans değerini arttırmaktadır. Bu sayede basınç
`değişimi kapasitans değişimine yol açmaktadır. Şekil
`1'de sağda bulunan kapasitördeki diyafram göreceli
`olarak kalın olduğu için (15um), basınç altında bu
`kapasitörde
`bir
`değişiklik
`olmamaktadır
`Bu
`kapasitörün kapasitans değeri basınç uygulan-
`madığında, soldaki değişen kapasitör ile aynıdır. Bu
`kapasitör bir referans kapasitörü olarak kullanılmakta
`ve elektronik okuma yapısında hassas okumaya
`imkan vermektedir [5].
`
`Şekil 2'de biyomedikal uygulamalar için geliştirilen
`basınç sensörünün kesiti görülmektedir Sensörün
`silisyum kısmının yapılışı ve kapasitans değişikliğinin
`prensibi bir önceki sensör yapısı ile aynıdır. Fakat bu
`sensörün cam kısmının
`içinde elektrokaplama
`(electroplating) metodu
`ile yerleştirilmiş bir bobin
`bulunmaktadır.
`
`I
`
`I
`
`l I
`
`Diyafram
`
`MI I
`
`il
`
`Silisyum
`
`SiO
`
`2
`
`KOH ile
`silisyum
`aşındırması
`
`SiO
`
`2
`
`15nm derin
`bor katkılaması
`
`2.5|im veya
`sığ bor
`katkılaması,
`diyafram
`oluşturma
`
`Kısa devre
`koruması için
`ince silisyum
`dioksit oluşturma
`
`ile birlikte üretilen kapasitif
`Şekil 2: Bobin yapısı
`basınç sensörünün kesit gösterimi ve karşılık gelen
`devre şeması.
`
`Bu bobin değişken kapasitörle bir LC rezonans
`devresi oluşturmaktadır.
`Bu devrenin rezonans
`frekansı kapasitörün değerine, başka bir deyişle
`basınca bağlıdır. Dolayısı
`ile, basınç değişikliğini
`ölçmek
`için LC devresinin titreşim
`frekansındaki
`değişimi ölçmek yeterlidir. Bu ise, dışarıdan bir LC
`devresi kullanılmasıyla mümkündür.
`Dışarıdaki
`rezonans devresinin
`bobini,
`sensör bobinine
`yaklaştırıldığında, bir endüktif bağlama (inductive
`coupling) sağlar. Bu sayede, vücut
`içindeki LC
`devresi vücut dışındaki LC devresini yükler. Bu
`yükleme en çok, vücut
`içindeki LC devresinin
`rezonans frekansında olur. Dolayısı ile vücut içindeki
`LC devresinin rezonans frekansı tel ara bağlantı
`kullanılmadan bir çeşit telemetri yöntemi ile ölçülür.
`Bu yöntem, bir tel bağlantısının olmaması ve derinin
`kesilmeden sinyal alış verişine izin vermesi açısından
`tercih edilmektedir [6,7].
`
`BASINÇ SENSÖRÜNÜN ÜRETİM SÜRECİ
`Kapasitif basınç sensörü silisyum ve cam pul
`(vvafer) üzerinde olmak üzere
`iki adımda üretilir.
`Üretim sırasında silisyum pul için 4, cam pul için 3
`maske kullanılmıştır.
`işlem adımları
`Şekil 3'de silisyum üzerindeki
`gösterilmektedir.
`İlk
`işlem, silisyum pul yüzeyi,
`diyaframı oluşturulacak bölge açıkta kalacak şekilde
`silisyum dioksit tabakası ile kaplanır. Fotorezist ile
`
`cam pul
`
`Elektrostatik
`yapıştırma ve
`silisyum
`aşındırması
`
`J
`
`Şekil 3: Kapasitif basınç sensörünün silisyum kısmı
`üretim aşamalarının kesit görünümü.
`
`maskelenerek belirlenen bu açıklıklardan silisyum pul
`yüzeyi
`potasyum
`hidroksit
`(KOH)
`çözeltisinde
`aşındırılır.
`Aşındırma
`işlemi kapasitörün
`levhaları
`arasındaki 2pm aralığı oluşturur. Daha sonra, diyafram
`kenarlarına
`destek
`olan
`bölgeler,
`silisyum
`pul
`yüzeyinden 15um derinliğe kadar yüksek yoğunlukta
`(5*1019 atom/cm3), bor katkı atomları ile katkılanarak
`oluşturulur. Bunun devamında diyafram bölgesi aynı
`işlemler yapılarak, diyafram
`kalınlığı 6um olacak
`şekilde bor atomları
`ile katkılanır.
`Diyaframın çok
`yüksek basınç altında aşırı bükülerek diğer
`levha
`ile
`kısa devre yapmasını önlemek amacıyla, diyafram
`yüzeyi çok ince bir oksit tabakası ile kaplanır. Bu işlem
`ile silisyum pul üzerindeki işlemler tamamlanır.
`
`ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 008
`
`

`

`Cam Pul
`
`Camın
`aşındırılması
`
`Cr/Au metal
`tabaka
`büyütülmesi
`
`üzere 6 değişik basınç aralığı için 12 değişik sensör
`tasarlanmıştır.
`Tasarım
`parametrelerinden
`en
`önemlileri,
`sensörün
`çalışma
`aralığını
`belirliyen
`diyafram kalınlığı ve diyafram alanıdır [8,9]. Diyafram
`kalınlığı 6um olarak alınmıştır. Tablo 1, bu sensörlerin
`çalışma aralığını ve özelliklerini özetlemektedir. Farklı
`basınç aralıklarını ölçen 12 sensör, aynı maskelerle ve
`aynı üretim süreci içinde, 11.7 x 8.6mm2'lik bir alanda
`üretilmiştir.
`
`Tablo 1: Mikroişleme ile üretilmiş sensörlerin çalışma
`aralıkları, diyafram şekilleri ve kapasite değişimleri
`
`Kapasite
`değişimi (fF)
`370
`73
`185
`80
`150
`65
`180
`85
`340
`170
`170
`292
`
`Kablo bağlantı noktası
`\r*nfm
`\ m ı n O, nnnnrnı n
`ı
`'
`
`Au tabaka
`\ büyütülmesi
`
`Şekil 4: Telemetrik kapasitif basınç sensörünün cam
`kısmı üretim aşamalarının kesit görünümü.
`
`işlem adımları
`Şekil 4'de cam pul üzerindeki
`gösterilmektedir. İlk işlem, kablo bağlantı noktalarının
`(bonding pad) ve bobinin yerleştirileceği alanların
`8um aşındırıimasıdır. Daha sonra, kapasitörün diğer
`levhasını oluşturmak amacı ile, cam pul üzerine ince
`metal (Cr/Au) film büyütülür. Aynı sırada hem bu
`metal alana hem de bobin yapısına ve diyaframa
`ulaşmak amacı
`ile devre bağlantılarının yapılacağı
`metal hatlar da oluşturulur. Bu metal hatları
`şekillendirme işlemi kaldırarak-uzaklaştırma (lift-off)
`tekniği ile yapılır. Bu teknikte önce, metal kaplanacak
`yüzey dışında kalan alan
`ışığa duyarlı malzeme
`(fotorezist) ile maskelenir. Ardından tüm yüzey ince
`bir metal ile kaplanır ve son
`işlem olarak yapının
`tamamı özel bir çözelti
`içinde titreştirilerek,
`ışığa
`duyarlı malzemenin
`ve bunun üzerinde kalan
`metallerin yapıdan ayrılması sağlanır. En son olarak
`6um kalınlığındaki altın bobin yapısı elektrokaplama
`tekniği kullanılarak oluşturulur. Bu işlemlerden sonra
`cam ve silisyum pullar, camdaki metal alan
`ile
`silisyumdaki
`diyafram
`bölgesi
`hizalanarak
`elektrostatik olarak birbirine yapıştırılır. Elektrostatik
`yapıştırma, birbirine değen cam ve silisyumun 300-
`400°C 'ye kadar ısıtılıp, üzerine 1000 Volt civarında
`bir potansiyel farkı uygulanması ile gerçekleştirilir. Bu
`sırada cam üzerindeki metal hatlardan biri
`iletken
`silisyuma değer ve böylece kapasitörün silisyum
`üzerindeki levhasına da bağlantı yapılmış olur. En
`son aşamada diyaframın ortaya çıkması için yapının
`tamamı, katkılanmamış silisyumu aşındıran ve yoğun
`bir baz olan etilen-diyamin-payrokatekol
`(EDP)
`çözeltisine daldırılır.
`Yüksek bor katkısı aşındırıcı
`çözeltiye karşı direnç gösterir ve geri kalan
`katkılanmamış silisyum taban aşındırılarak, sensör
`yapısının ortaya çıkması sağlanır.
`
`KAPASİTİF BASINÇ SENSÖRÜ FABRİKASYONU
`VE TEST SONUÇLARI
`Yukarıda anlatılan üretim süreci kullanılarak,
`endüstriyel ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmak
`
`ODTÜ'de tasarımı yapılan mikrosensörler grubumuz
`tarafından Michigan
`Üniversitesi'nin
`yarı-iletken
`laboratuvarında üretilmiştir. Endüstriyel uygulamalarda
`kullanılacak olan bir sensörün yakından görüntüsü
`Şekil 5'de gösterilmiştir. Şekil 6, aynı anda üretilmiş 12
`sensörün bir
`insan parmağı üzerindeki
`resmini
`göstermektedir. Şekil 7 ise, biyomedikal uygulamalarda
`kullanılacak
`olan mikrosensörün,
`cam
`kısmı
`görülmektedir. Bu cam kısımda elektrokaplama
`ile
`gerçekleştirilmiş bobin, kapasitörün bir
`levhasının
`etrafında görülmektedir. Bobin tellerinin kalınlığı 7um,
`yüksekliği 6um ve bobin telleri arasındaki uzaklık
`7um'dir. Bu bobinin değeri 0.48uH olarak hesaplanmış
`ve 0.58uH olarak ölçülmüştür. Tablo 2'de biyomedikal
`uygulamalarda
`kullanılacak olan mikrosensörlerin
`değişik parametreleri verilmiştir.
`
`Şekil 5: Üretilmiş bir basınç sensörünün yakından
`görüntüsü. Yapının boyutları 3900um x 1800um 'dir
`
`ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ
`
`Sensör
`
`Co (fF)( J)
`
`1480
`260
`740
`630
`1060
`500
`1200
`520
`2000
`2000
`1000
`4x260
`
`12345678
`
`10ı l)
`
`Diyafram
`Çalışma aralığı
`mmHg<2>
`^ekli
`0-75
`Kütleli daire
`0-1200
`Kütleli kare
`0-300
`Kütleli daire
`0-100
`Daire
`0-50
`Daire
`0-200
`Daire
`0-100
`Kare
`0-200
`Kare
`0-50
`Kare
`0-50
`Kare
`0-50
`Kare
`0-1200
`12
`Kütleli kare
`(1) içinde bobin ile gerçekleştirilmiştir.
`(2) 1Atm = 760 mmHg = 760 Torr = 101325 Paskal = 14.696 PSI
`(3) Sensör kapasitelerinin basınç uygulanmadığındaki değerleri
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 009
`
`

`

`Tablo 2: Sensör LC devre elemanlarının değerleri: C
`ve C. sıfır basınç ve maksimum basınç altındaki
`kapasite değerleri, Rp bobinin parazıtık direnç değendir.
`Parametre
`Sensör#9
`Sensör#10
`Sensör #11
`2004
`Co (fF)
`2004
`1002
`C (fF)
`2344
`2174
`1174
`0.84
`Lo(nH)
`0.78
`0 48
`R
`( W)
`47
`44
`31
`
`o
`
`P
`
`Şekil 6 Aynı anda üretilen 12 mikrosensörün
`bir insan parmağı üzerindeki görüntüsü.
`
`^ Milli
`-
`I:K ,
`Şekil 7: Cam pul üzerindeki bobin yapısı ve
`kapasitör levhasının resmi.
`
`için
`Şekil 8de 0-200mmHg basınç aralığı
`tasarlanmış olan basınç sensörünün basınca karşı
`kapasite değerinin doğrusal değişimi görülmektedir.
`Ölçülen kapasite değerlerinin yüksek olması ölçü
`düzeneğinin parazıtık etkilerinden kaynaklanmaktadır.
`
`Basınç (mmHg)
`
`Şekil 8: 0-200mmHg çalışma aralığı için tasarlanan
`basınç sensörünün kapasite-basınç değişimi grafiği.
`
`iyileştirilmesi ve sensörlerin
`Test düzeneğinin
`detaylı karakterızasyonlarının yapılması çalışmaları
`devam etmektedir Sensör ile beraber kullanılacak
`olan
`kapasıtor
`ölçme
`devresinin
`tasarımı
`tamamlanmıştır ve üretim aşamasındadır Telemetrık
`basınç sensörlerının uzaktan algılama devreleri
`üzerindeki çalışmalar devam etmektedir
`
`SONUÇLAR
`Endüstriyel ve bıyomedikal uygulamalar için silisyum
`mikroişleme yöntemi
`ile gerçekleştirilmiş kapasitif
`basınç sensörlerı ODTÜ'de
`tasarlanarak Mıchigan
`Üniversitesı'nin yarı-ıletken laboratuvarında üretilmiştir.
`Üretilen sensörler bir ölçüm düzeneği kurularak test
`edilmiştir. Basınç sensörlerinın kapasitör değerleri
`tasarlanan çalışma aralıklarında doğrusal değişim
`göstermektedir.
`Burada
`gerçekleştirilen
`basınç
`sensörlerı Türkiye'de Mikro-Elektro-Mekanik-Sistemler
`(MEMS) konusundaki ilk çalışmalardır.
`
`TEŞEKKÜR
`Bu çalışma, NATO istikrar Bilim Programı (Science
`for Stability Programme) tarafından desteklenen ve
`kısa adı TU-MICROSYSTEMS olan projenin bir
`parçasıdır. Çalışma aynı zamanda NSF International
`Grant
`(REF:
`INT-9602182) programı
`tarafından
`Michigan Üniversitesinden Prof. Khalil NAJAFI ve
`ODTÜ'den Yrd Doç Dr Tayfun AKIN'a AB D -Türkiye
`Ortak Araştırmaları çerçevesinde sağlanan yardım ile
`de desteklenmektedir. Yazarlar endüstriyel öneriler ve
`ölçü düzeneğine olan katkılarından dolayı ELİMKO Ltd.
`Şti. 'ne teşekkür eder.
`
`KAYNAKÇA
`[1] K. Najafi, "Smart Sensors," Journal of Micromechanics
`and Microengineering, vol.1, pp. 86-102, Feb.1991.
`[2] S. M. Sze, Semıconductor Sensors, VViley, 1994.
`[3] VVH.Ko, M. Bao, and Y. Hong, "A Hıgh-Sensitivity
`Integrated-Cırcuit Capacitive Pressure Sensör,"
`IEEE
`Trans. Electron Devices, vol. 29, pp. 48-56, Jan. 1982.
`[4] VV.H.Ko, "Solid-State Capacitive Pressure Transducers,"
`Sensors and Actuators, vol 10, pp. 303-320, 1986.
`[5] Y. E. Park and K. D. Wise, "An MOS Svvitched-Capacitor
`Readout Amplifier for Capacitive Pressure Sensors,"
`IEEE Proceedings of The Custom Integrated Circuit
`Conference, pp. 380-384, May 1983.
`[6] L. Rosengren, Y. Bâcklund, T. Sjöström, B. Hök, and B.
`Svedbergh,
`"A System
`for VVİreless
`Intra-Ocular
`Pressure Measurements Using a Silicon Micromachined
`Sensor,"
`Journal
`of
`Micromechanics
`and
`Microengineering, vol.1, pp. 202-204, March 1991.
`[7] W. N. Carr, S. Chanmarti, and X. Gu, "Integrate
`Pressure Sensor with Remote Power Source and
`Remote Readout," Digest, Int. Conf. On Solid-State
`Sensors & Actuators (TRANSDUCERS'95), pp. 624-
`627, Stockholm, Svveden, June 1995.
`[8] S. Timoshenko and S. Woınowsky-Kreiger, Theory of
`Plates and Shells, McGraw-Hill. New York, 1959.
`[9] H. L. Chau and K. D. Wise, "Scalıng Lımits in Batch-
`Fabricated Silicon Pressure Sensor,"
`IEEE Trans.
`Electron Devices, vol. ED-34, pp. 850-858, April 1987.
`
`ELEKTRİK, ELEKTRONİK, BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ 7. ULUSAL KONGRESİ
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 010
`
`

`

`EXHIBIT B
`
`EXHIBIT B
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 011
`
`

`

`TMMOB CHAMBER OF ELECTRICAL
`ENGINEERS
`ELECTRICAL AND
`ELECTRONICS COMPUTER
`ENGINEERING 7th NATIONAL
`CONGRESS
`
`TMMOB [Union of Chambers
`of Turkish Engineers and
`Architects]
`CHAMBER OF ELECTRICAL
`ENGINEERS ANKARA
`BRANCH
`
`
`
`ODTÜ
`DEPARTMENT OF
`ELECTRICAL AND
`ELECTRONICS
`ENGINEERING
`
`TUBITAK
`[Scientific
`and
`Technolog
`ical
`Research
`Council of
`
`Turkey]
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 012
`
`

`

`FOREWORD
`
`We are honored and pleased to have held the 7th National Congress and Exhibition of TMMOB
`Chamber of Electrical Engineers Electrical-Electronics-Computer Engineering at Middle East
`Technical University. As the university, we were more than happy to host the congress for the
`second time, but our happiness is due to the fact that our Chamber, our professional life and our
`university have improved.
`
`Indeed, the diversification of our areas of interest, the achievement of certain levels in these fields,
`the continuation of our strength in the branches that we’ve been strong creates a phenomenon that
`our Electrical-Electronics and Computer Engineers have an increasing influence throughout the
`country. It is clear that our individual achievements are strengthening the institutions in terms of
`the economy and development of the country. As a matter of fact, the number of organizations
`operating in these sectors is increasing rapidly. It is pleasing to see that the development in
`numbers is parallel to the speed of improvement in terms of quality. Our congress and exhibition
`are the most concrete evidence of this.
`
`More things are required to be done to meet the needs of Turkey in 2000s. It is necessary to
`strengthen the communication and mutual interaction between Industry-Education Institutions
`and Professional Chambers. Although the development continues to be more pleasing than in the
`past, it is still far from successful examples in developed countries. More efforts are needed in
`this regard in the forthcoming years.
`
` would like to thank all the participants for their support to our Congress and Exhibition. I greet
`you with the pleasure of seeing you at our university.
`
`
`
`
`Professor Dr. Fatik Canatan
`Chairman of the Executive Board
`
`
`
` I
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 013
`
`

`

`ELECTRICAL-ELECTRONICS-COMPUTER ENGINEERING
`7th NATIONAL CONGRESS
`
`
`
`
`
`
`
`EXECUTIVE COMMITTEE
`
`
`Fatih CANATAN (President, ODTU)
`
`
`M. Mete BULUT (ODTU)
`Cengiz BEŞİKÇİ (METU)
`Gönül SAYAN (ODTU)
`Cemil ARIKAN (TUBITAK)
`M. Hacim KAMOY (ASELSAN)
`Hüseyin ARABUL (BARMEK)
`Aydın GÜRPINAR (ENERSİS)
`
`M. Asım RASAN (EMO)
`Cengiz GÖLTAŞ (EMO)
`H. Ali YİĞİT (EMO)
`Kubilay ÖZBEK (EMO)
`M. Sıtkı Çiğdem (EMO)
`Funda BAŞARAN (EMO)
`Mustafa ÖZTÜRK (EMO)
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`
`EDITORS
`
`
`Fatih CANATAN
`
`Mehmet Mete BULUT
`
`
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 014
`
`

`

`
`
`ABSTRACT
`This paper reports the design and fabrication of two
`type of micromachined capacitive silicon pressure sensors
`for industrial and biomedical applications. The dynamic
`ranges of the sensors designed for industrial applications
`vary between 0- 50mmHg and 0-1200mmHg. Sensors are
`batch fabricated using silicon micromachining process and
`occupies an area of 0.4 x 0.6mm. We have measured 120fF
`capacitance changes for 0- 200mmHg range over 500fF zero
`pressure capacitance. The pressure sensor for biomedical
`applications can be implemented in the body and can be
`monitored telemetrically without using any wire that breaks
`the skin. This is achieved by using the electroplated coil
`which is fabricated together with the pressure sensor. This
`implantable sensor measures 1 5mm x 2.5mm x O.ömm in
`size and provides a dynamic range of OSOmmHg.
`
`PRELIMINARY INFORMATION
`Silicon, which
`is
`the cornerstone of electronic
`technology, has enabled the actualization of the smallest
`electro-mechanical
`systems
`ever made with
`the
`opportunities of today's CMOS integrated circuit production
`technology thanks to its mechanical and electrical properties.
`Today, both electronic circuits and mechanical structures
`can be implemented on the same material at the same time.
`In this way, complex systems can be developed in a few
`millimeters area and very cheaply [1]. These small systems
`are
`also
`called Micro-Electro-Mechanics
`(MEMS).
`Microsensors, which are built with micromachining, are
`used
`in various fields from automotive
`industry
`to
`microbiology, image processing to space industry. Many
`pressure and acceleration sensors (accelerometers) produced
`by micromachining have become integral parts of the
`automotive industry. For example, the operation of a car's
`airbag at the time of an accident is based on acceleration
`sensors made by micromachining. There are also
`micromachined silicon pressure sensors in submersible
`tubes, hand-held car tire pressure gauges. Since these
`pressure sensors can be produced very small, they can also
`be used in biomedical fields.
`Pressure sensors with micromachining method are
`commonly implemented in two ways: piezoresistive and
`capacitive pressure sensor. In both structures, the main part
`is a flexible diaphragm. The value of the resistance placed on
`the diaphragm in the piezoresistive sensor varies with the
`diaphragm bending in the capacitive sensor. These changes
`are converted to electrical signals by means of an electronic
`circuit connected to the sensor. The piezoresistive sensor
`shows a linear change over a wide pressure range and the
`output resistance is low, so there is no need for an amplifying
`
`MICROMACHINED CAPACITIVE SILICON PRESSURE SENSOR
`FOR INDUSTRIAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS
`
`Orhan Ş. AKAR * and Tayfun AKIN** *
`*TÜBİTAK-BİLTEN, Middle East Technical University
`"Middle East Technical University, Department of Electrical and Electronics Engineering
`
`
`intermediate circuit for measurement. However, because the
`diaphragm cannot be made too thin due to the resistances
`placed on it, the sensor has a low sensitivity to pressure [2]
`and the capacitive sensor has some advantages over the
`piezoresistive sensor. Diaphragm formation in the capacitive
`sensor is easier and more flexible than piezoresistive ones.
`The pressure sensitivity of the structure is better and it is 10
`times less sensitive to temperature. As the sensor part
`consists of only a capacitor, the power consumption is very
`low. In addition to these, capacitive pressure sensors show
`higher performance compared to piezoresistive ones, given
`the high sensitivity, low pressure range and long durability
`[3,4],
`In this paper, the capacitive pressure sensors that we
`design at ODTU and which we produce in the semiconductor
`laboratory of the University of Michigan are described.
`Some of these sensors have been developed for industrial
`applications and the rest for biomedical applications. Both
`types of sensors are manufactured in the same fabrication
`process and using the same masks.
`
`THE STRUCTURE OF
`MICROMACHINED SILICONE
`PRESSURE SENSOR
`The structure of the pressure sensors made by using
`silicon micromachining technology is shown in Figure 1 and
`Figure 2.
`Diaphragm
`
`Additive silicon
`
`Insulating
`layer
`
`
`
`Metal field
`Glass base
`Figure 1: Cross-sectional view of the capacitive pressure
`sensor
`Figure 1 shows the cross section of the capacitive sensor
`to be used in industrial applications. A silicon component
`determined by boron deposition is placed on a glass base.
`The metal area on the glass, boron doped silicon, and the
`2um space between these two surfaces form a capacitor.
`Figure 1 shows two capacitor structures. The left capacitor
`has a 6um thin aperture. When a pressure is applied, this
`diaphragm bends down to the underlying metal, which
`increases the capacitance value of the structure. In this way,
`pressure change leads to capacitance change. Diaphragm
`relative to the capacitor located on the right in Figure 1 Since
`it is thicker (15um), there is no change in this capacitor under
`pressure. Capacitance value of this capacitor when the
`pressure is not applied, it is the same as the changing
`
`ELECTRICAL, ELECTRONICS, COMPUTER ENGINEERING 7th NATIONAL CONGRESS
`
`
`
`83
`
`
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 015
`
`

`

`
`capacitor on the left. This capacitor is used as a reference
`capacitor and is sensitive to electronic measuring as it allows
`reading [5].
`
`Figure 2 shows the section of the pressure sensor
`developed for biomedical applications. The principle of the
`silicon part construction and the capacitance change is the
`same as the previous sensor structure. However, there is a
`coil placed by the electroplating method inside the glass part
`of this sensor.
`
`Diaphragm
`
`Glass base
`
`Variable capacitor
`
`Coil
`
`
`Figure 2: Cross-sectional representation of the capacitive
`pressure sensor produced with the coil structure and
`corresponding circuit diagram.
`This coil forms a LC resonant circuit with the variable
`capacitor. The resonance frequency of this circuit depends
`on the value of the capacitor, i.e. the pressure. It is, therefore,
`sufficient to measure the change in the vibration frequency
`of the LC circuit to measure the pressure change. This is
`possible by using an external LC circuit. When the coil of
`the outside resonant circuit is approached to the sensor coil,
`it provides an inductive coupling. In this way, the LC circuit
`inside the body loads the LC circuit outside the body. This
`loading is most likely to be the resonant frequency of the LC
`circuit in the body. Therefore, the resonance frequency of the
`LC circuit in the body is measured by some kind of telemetry
`method without using a wire interconnection. This method is
`preferred since it does not have a wire connection and allows
`for the exchange of signals without interrupting the skin
`[6,7].
`
`Silicon
`
`SiO2
`Silicon
`erosion with
`KOH
`
`SiO2
`
`15nm deep
`boron deposition
`
`2.5|im or 6μm
`shallow boron
`deposition,
`diaphragm
`forming
`
`Thin silicon
`dioxide for short
`circuit protection
`
`glass
`flake
`
`Electrostatic
`bonding and silicon
`abrasion
`
`
`
`Figure 3: Sectional view of the production steps of the
`silicon part of the capacitive pressure sensor.
`
`continuation of this, the diaphragm zone is doped with boron
`atoms with a thickness of 6um. The diaphragm surface is
`coated with a very thin oxide layer to prevent the diaphragm
`from over-twisting under very high pressure to short circuit
`with the other plate. Silicon flake surface is eroded in
`potassium hydroxide (KOH) solution from these openings
`determined by masking on silicon flake. The etching process
`creates a 2pm interval between the plates of the capacitor.
`Then, the regions that support the diaphragm edges which
`are at a high
`
`PRODUCTION PROCESS OF PRESSURE SENSOR
`Capacitive pressure sensor is produced in two steps on
`silicon and glass flake (wafer). 4 silicon flakes were used
`during production and 3 masks were used for glass flakes.
`Figure 3 shows the process steps on silicon. The first
`process is covered with a silicon dioxide layer in such a way
`that the silicon flake surface is exposed to the diaphragm.
`The silicon flake surface is etched in potassium hydroxide
`(KOH) solution from these openings, which are masked by
`photoresist. The etching process creates a 2pm interval
`between the plates of the capacitor. Then, the regions that
`support the diaphragm edges which are at a high density
`from the silicon flake surface to a depth of 15um (5*1019
`atoms/cm3), are formed by boron additive atoms. In the
`
`
`
`
`
`84
`
`
`
`ELECTRICAL, ELECTRONICS, COMPUTER ENGINEERING 7th NATIONAL CONGRESS
`
`Abbott
`Exhibit 1027
`Page 016
`
`

`

`sensors. 12 sensors measuring different pressure ranges are made
`in an area of 11.7 x 8.6mm2 with the same masks and in the same
`productio