多晶硅薄膜热膨胀系数在线测试结构的设计与模拟

摘要

本文就MEMS薄膜材料热膨胀系数的在线检测结构做了具体的研究和分析。利用已有单弯梁结构与级联弯梁结构设计出两种能够满足以上所有要求的多晶硅薄膜热膨胀系数在线检测结构，并给出了两种结构的热—电—机械耦合解析模型。其中级联弯梁结构的热—电—机械模型是首次被提出，它也适用于级联弯梁热执行器的性能计算。因而模型无论对于级联弯梁测试结构还是级联弯梁热执行器的设计和分析都有着较高的参考价值。根据解析模型给出了结构设计的优化方案。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪言

1.1 MEMS的概念

1.2 MEMS研究应用分类

1.3本课题研究的意义及论文纲要

第二章微机械薄膜热膨胀系数测试结构的进展

2.1薄膜热膨胀理论基础

2.2薄膜热膨胀系数测试结构

2.2.1 双层薄膜梁结构

2.2.3 T形结构

2.2.5基于弯梁的差分电容式结构

2.3结构性能指标比较

2.4游标尺读数系统简介

2.5本章小结

第三章在线检测结构及其模型的建立

3.1薄膜热膨胀系数在线检测结构的工作原理

3.1.1单弯梁结构的工作原理

3.1.2级联弯梁结构的工作原理

3.2结构建模基础

3.2.1结构建模方法

3.2.2传热学基础[14]

3.2.3结构力学基础[15]

3.3结构理论模型

3.3.1热学模型

3.3.2力学模型

3.4参数提取

3.4.1 η、ρ0、ξ的提取

3.4.2单弯梁结构热膨胀系数α的提取

3.4.3级联弯梁结构热膨胀系数α的提取

3.5本章小节

第四章在线检测结构性能分析及参数优化

4.1有限元模拟法[8]

4.1.1有限元单元法

4.1.2 ANSYSTM软件

4.1.3 ANSYS单元选取

4.1.4 ANSYS单位制

4.2解析公式验证

4.2.1 ANSYS模拟验证

4.2.2实验数据验证

4.3性能分析与参数优化

4.3.1单弯梁结构性能分析

4.3.2级联弯梁结构性能分析

4.4单弯梁结构与级联弯梁结构性能比较

4.4.1梁顶端位移

4.4.2加热效率

4.4.3相对误差

4.4.4系统响应速度

4.4.5等效弹性系数

4.5误差分析

4.5.1误差源

4.5.2相对误差计算公式

4.6本章小节

第五章工艺过程与版图设计

5.1工艺选择

5.2测试结构工艺流程

5.3版图设计

5.4本章小节

第六章结束语

6.1总结

6.2对后续工作的建议

参考文献

图表索引

附录A MKS单位制与uMKSV单位的转换表

附录B单弯梁结构梁顶端位移MATLAB计算程序

附录C级联弯梁结构梁顶端位移MATLAB计算程序

硕士期间发表论文目录

致 谢