MEMS多層薄膜力學(xué)特性研究及測試結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems)，是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，集傳感、信息處理和執(zhí)行為一體的集成微系統(tǒng)。薄膜是MEMS技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的材料形態(tài)，構(gòu)成了MEMS器件中眾多的微機(jī)械結(jié)構(gòu)。薄膜材料的力學(xué)特性，例如殘余應(yīng)力、楊氏模量、泊松比等，是決定微結(jié)構(gòu)、特別是可動微結(jié)構(gòu)性能的重要因素，也是進(jìn)行微系統(tǒng)設(shè)計的重要參數(shù)。由于尺寸效應(yīng)以及制作工藝的限制，MEMS中薄膜材料的力學(xué)特性與體

2、材料相比有很大差別，并且相同的薄膜材料在不同的生長工藝或者環(huán)境下，其材料性能也會有很大差異，這決定了我們需要采用不同于傳統(tǒng)的宏觀力學(xué)分析與測試方法的新技術(shù)，研究薄膜力學(xué)參數(shù)具有重要的意義。
　　本文的研究內(nèi)容為MEMS多層薄膜力學(xué)特性的研究和測試結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對實際存在的多層薄膜結(jié)構(gòu)，建立理論模型分析其力學(xué)特性的表征，以及力學(xué)參數(shù)的提取方法。主要的研究工作和取得的成果如下:
　　1.本文建立多層薄膜曲率半徑模型，利用有限元分析

3、軟件驗證了模型的可行性。在此基礎(chǔ)上，探究了薄膜厚度與曲率半徑的依賴關(guān)系，以此對實際中薄膜厚度的設(shè)計給出指導(dǎo)。針對模型在大寬度條件下出現(xiàn)的誤差給出修正公式，并用仿真軟件驗證。
　　2.本文對靜電驅(qū)動的多層薄膜進(jìn)行了研究，提出了多層靜電橫拉結(jié)構(gòu)提取等效彎曲剛度的模型，利用不同厚度的結(jié)構(gòu)計算各層材料楊氏模量，同時，針對結(jié)構(gòu)參數(shù)對理論誤差的影響進(jìn)行了分析，用有限元軟件仿真驗證了模型的可行性。
　　3.針對提出的模型設(shè)計了合理的測試結(jié)