ABSTRACT NONUNIFORM MEMBRANES IN CAPACITIVE MICROMACHINED ULTRASONIC TRANSDUCERS Muhammed N. Şenlik M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Abdullah Atalar January 28, 2005 Capacitive micromachined ultrasonic transducers (cMUT) are used to receive and transmit ultrasonic signals. The device is constructed from many small, in the order of microns, circular membranes, which are connected in parallel. When they are immersed in water, the bandwidth of the cMUT is limited by the mem brane's second resonance frequency, which causes an increase in the mechanical impedance of the membrane. In this thesis, we propose a new membrane shape to shift the second resonance frequency to higher values, in addition to keeping the impedance of the membrane as small as possible. The structure consists of a very thin membrane with a rigid mass at the center. The stiffness of the central region moves the second resonance to a higher frequency. This membrane configuration is shown to work better compared to conventionally used uniform membranes during both reception and transmission. The improvement in the bandwidth is more than %30 with an increase in the gain. Keywords: Capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT, nonuniform membrane. IV

ÖZET KAPASİTİF MİKRO-İŞLENMİŞ ULTRASONİK ÇEVİRİCİLERDE DÜZGÜN OLMAYAN ZARLAR Muhammed N. Şenlik Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Yüksek Lisans Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Abdullah Atalar 28 Ocak 2005 Kapasitif mikro-işlenmiş ultrasonik çeviriciler (kMUÇ), ultrasonik sinyallerin alımında ve yollanmasında kullanılırlar. Cihaz mikron mertebesindeki birçok ufak zarın paralel bağlanmasıyla oluşturulur. Suda çalıştırıldıklarında, kMUÇ'un bant genişliği, zarın mekanik empedansının artmasına sebep olan, zarın ikinci rezonans frekansı ile sınırlıdır. Bu tezde ikinci rezonans frekansını zarın empedansını mümkün olduğunca ufak tutarak daha yukarı çıkaran yeni bir zar şekli öneriyoruz. Yapı ortasında sert bir kütle olan çok ince bir zardan oluşmaktadır. Ortadaki kısmın sertliği ikinci rezonansı daha yüksek frekanslara çıkarmaktadır. Bu zar yapısının alma ve yollama açısından şu an kullanılmakta olan zarlardan daha iyi olduğu gösterilmiştir. Bant genişliğindeki iyileşme kazançta artışla birlikte %30'dan daha fazladır. Anahtar sözcükler: Kapasitif mikro-işlenmiş ultrasonik çevirici, kMUÇ, düzgün olmayan zar.

62