MEMS薄膜泊松比在线测量方法研究

摘要

随着MEMS加工技术的发展,表面微机械加工技术已经越来越多的应用于传感器和执行器的制造过程中。在表面微机械的加工过程中,薄膜材料参数的控制就变的很重要。所以,材料参数的在线测量就成为MEMS领域中日益迫切的需求。薄膜材料参数包括泊松比、杨氏模量、应力梯度、残余应力等,本文研究MEMS薄膜泊松比的在线测量。
　　 本文首先提出了一种基于光学干涉技术的MEMS薄膜泊松比在线测量方法。该方法采用直角悬臂梁作为测试结构,在上下两电极之间加上电压后,在静电力的作用下,与锚区相连的第一段直梁将发生弯曲变形和扭转变形。首先由米劳干涉仪测得悬臂梁的变形,然后分离出形变中的弯曲分量和扭转分量,进而计算出薄膜材料的泊松比。用CoventorWare软件验证。结果显示该方法精度很高,适合泊松比的在线测量。
　　 其次本文还提出了一种基于三维谐振频率法的MEMS薄膜泊松比在线测量方法。该方法采用内边界固支,外边界自由的圆环形薄膜作为测试结构。首先推导出圆环形薄膜扭转振动、横向振动和径向振动的频率理论公式,然后三式两两相除,得到三个计算泊松比的理论公式,测量出圆环形薄膜扭转振动、横向振动和径向振动的谐振频率,代入相应的公式,即可得到三个泊松比的值,可以取它们的平均值为圆环形薄膜的泊松比。这样可以减少偶然误差,提高试验的准确性。用CoventorWare软件验证,结果显示该方法精度很高,适合泊松比的在线测量。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 微机电系统(MEMS)的概念:

1.2 MEMS薄膜泊松比在线测量的重要意义

1.3 MEMS薄膜泊松比在线测量研究设想及研究方法

1.4 论文结构安排

第2章 MEMS薄膜泊松比在线测量方法综述

2.1 扭转法

2.2 悬臂梁法

2.3 拉伸法

2.4 静电吸合法

第3章 基于光学干涉技术的MEMS薄膜泊松比在线测量方法

3.1 结构模型及理论分析

3.1.1 挠度的计算:

3.1.2 扭转角度的计算:

3.1.3 泊松比计算公式的得出:

3.1.4 弯曲分量和扭转分量的分离:

3.2 COVENTORWARE仿真验证

3.3 本章小结

第4章 基于三维谐振频率法的MEMS薄膜泊松比在线测量方法

4.1 理论分析:

4.1.1 圆环的扭转振动:

4.1.2 圆环的横向振动:

4.1.3 圆环的径向振动:

4.1.4 计算泊松比公式的得出:

4.2 仿真验证:

4.3 小结

第五章 :按照标准工艺版图设计和制作测试结构的流程

5.1 直角悬臂梁的版图设计和制作流程

5.1.1 直角悬臂梁的版图设计

5.1.2 直角悬臂梁的制作流程

5.2 圆环形薄膜的版图设计和制作流程

5.2.1 圆环形薄膜的版图设计

5.2.2 圆环形薄膜的制作流程

第六章 :总结

附录A :MALAB数值法解扭转振动超越方程过程及程序

附录B :MALAB数值法解径向振动超越方程过程及程序

附录C :MALAB数值法解横向振动超越方程过程及程序

附录D :双层多晶硅(单层机械结构)表面牺牲层工艺的版图层定义和设计规则

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢