表面加工多晶硅薄膜电阻温度系数的在线测试

提出了一种在线提取多晶硅薄膜电阻温度系数的简单测量方法.给出了瞬态热电分析模型,综合考虑了各种散热因素如对流、辐射以及向衬底传热的影响,通过实验提取出参数.提出的方法对分析其他MEMS器件的热电特性和监控器件设计都具有实际应用价值和借鉴意义.     

多晶硅薄膜材料参数的在线测试系统

建立了一套多晶硅薄膜材料参数的在线测试系统.系统包括测试结构物理版图、测试设备和计算软件,能够在线测试多晶硅薄膜的主要材料参数,且测试设备和测试方法都与集成电路测试相兼容,即所有物理量的测试都转化为电学量的测量,整个测试过程完全由计算机控制完成.     

表面加工多晶硅薄膜热扩散系数在线测试结构

基于目前已有的真空桥式薄膜热扩散系数测试结构和测试方法，综合考虑辐射、对流以及向衬底的传热等因素的影响，从而使得本文设计的测试结构和提取方法更具有实际价值。文中通过分析两个长度不同，但宽度与厚度相同的梁在相同加热电流下的瞬态电阻变化特性，来提取多晶硅薄膜的热扩散系数。同时利用有限元分析软件ANSYS进行了模拟分析，分析表明模拟提取值与理论值较好地吻合，从而验证了模型建立的正确性，说明该方法能够实现对多晶硅薄膜热扩散系数的在线提取，且具有较高的测试精确度。     

多晶硅薄膜残余应力显微拉曼谱实验分析

利用显微拉曼谱对桥式多晶硅薄膜梁的残余应力进行测量,该多晶硅薄膜采用典型的MEMS(micro-electro-mechanical systems)工艺制造.实验结果表明, 多晶硅薄膜梁的中部存在很大的拉伸残余应力(约1 GPa),且多晶硅薄膜的残余应力沿梁长方向大致呈对称分布,这种内应力分布与制造过程中的ICP(inductively-coupled plasma)工艺密切相关.多晶硅薄膜梁在残余应力作用下的变形情况可以通过WYKO白光形貌仪准确地表征,经过ANSYS计算,薄膜残余应力分布状况与显微拉曼谱法的测量结果吻合.因而,显微拉曼谱法是测量多晶硅薄膜残余应力的一种准确而可靠的方法.     

大气环境下多晶硅薄膜的疲劳性能

为评估多晶硅薄膜材料的加载可靠性,发展一种新型多晶硅薄膜疲劳性能测试实验系统,利用片外测试方法研究多晶硅薄膜在大气环境下的拉伸疲劳特性.实验试件采用MEMS(micro-electro-mechanical systems)工艺制造,具有相同的长度、厚度和不同的宽度.每个加载条件下重复10次实验,应用Weibull方法对疲劳实验数据进行处理,得到0.35 GPa～0.70 GPa应力幅值范围内5个应力水平下多晶硅薄膜拉伸疲劳的S-N曲线.研究表明,多晶硅薄膜的疲劳寿命随着交变载荷幅值的减小而增大,二者呈对数线性关系.该结果可以直接用于多晶硅薄膜材料MEMS器件的可靠性设计.     

多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器

多晶硅纳米薄膜具有优越的应变灵敏特性和稳定的温度特性.为了使这种良好的压阻特性得到实际应用,文中给出了多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器的设计方法.根据多晶硅纳米薄膜压阻特性和硅杯腐蚀技术条件确定弹性膜片结构,并采用有限元分析方法对弹性膜片尺寸以及应变电阻分布进行了优化.依据优化设计结果试制了压力传感器芯片.实验表明该传感器工艺简单、高温特性好、灵敏度高.     

多晶硅薄膜热扩散率的测试结构

目前已经有用桥式结构来测试薄膜的热扩散率,在此基础上把辐射、对流、对衬底的传热等环境影响都考虑进去,使得该模型在使用中更符合实际情况,更有实际意义.利用两根不同长度的梁,以相同的电流对其加热,分析其瞬态特性,即可获得多晶硅薄膜的热扩散率.用有限元分析软件ANSYS进行了模拟分析,分析表明模拟结果与理论结果趋势一致,数值吻合,从而验证了模型建立的正确性,说明该方法能够实现对多晶硅薄膜的测量,且具有较高的测试精确度.     

多晶硅纳米薄膜牺牲层压力敏感结构设计

为使多晶硅纳米薄膜良好的压阻特性在MEMS(微机电系统)压阻传感器中得到有效应用,在设计牺牲层结构压力传感器芯片中探索性地采用了多晶硅纳米薄膜作为应变电阻,并给出这种传感器的设计方法。分析了牺牲层结构弹性膜片的应力分布对传感器灵敏度的影响,优化设计了量程为0~0.2 MPa多晶硅纳米膜压力传感器芯片的结构参数。有限元法仿真结果表明:在保证传感器灵敏度大于50 mV/(MPa.V)的前提下,零点温漂系数可小于1×10-3FS/℃;灵敏度温漂(无电路补偿)可小于1×10-3FS/℃.为高灵敏、低温漂、低成本的高温压力传感器集成化发展提供了一条可行途径。     

准分子激光相位掩模法制备大晶粒尺寸多晶硅薄膜

为扩大晶粒尺寸并降低晶粒间界缺陷对多晶硅薄膜晶体管的不良影响,采用准分子激光相位掩模法制备了大晶粒尺寸的多晶硅薄膜。首先,在无相位掩模时利用不同能量密度的准分子激光晶化非晶硅薄膜,通过扫描电镜观测晶粒尺寸确定超级横向生长的能量窗口;然后,在该能量密度下采用周期为1 073 nm的相位掩模板对入射光束进行相位调制,在样品表面形成人工可控的横向温度梯度,使非晶硅熔化并横向生长结晶为多晶硅;最后,对薄膜特性进行测量,并与非晶硅薄膜和超级横向生长制备的多晶硅薄膜进行比较。结果表明:本文方法制作的薄膜的平均晶粒尺寸提高了一个数量级,达到了228.24 nm;薄膜电阻率降低一个数量级,为18.9 Ω·m;且晶粒分布规则有序。该方法能有效提高多晶硅薄膜的电学特性,适用于高质量多晶硅薄膜器件的制作。     

微加工多晶硅薄膜热导率T型测试结构的设计与模拟

提出了一种表面加工多晶硅薄膜热导率的T型测试结构。给出了热学模型和测试方法,并利用ANSYSTM软件进行模拟分析,验证了该测试方法是适用的。该测试方法能够实现多晶硅薄膜热导率的在线测试。     

低压化学气相淀积多晶硅薄膜工艺研究

在研制器件过程中，多晶硅制备的工艺条件对其性能影响较大。讨论了低压化学气相淀积（LPCVD）关键材料多晶硅薄膜的基本原理，考察了工作压力、反应温度等对多晶硅薄膜淀积速率的影响，以及影响多晶硅薄膜质量的因素，提出了改进措施，优化了多晶硅制备工艺参数，制备了合格的多晶硅薄膜。     

偏压对HEMT嵌入式微加速度计电学参数的温度特性影响

研究了HEMT嵌入式微加速度计在不同偏压下的温度效应.研究结果表明由于选择的偏压不同,输出电流的温度系数大小不同.其主要原因是漏极电流的温度效应由迁移率的温度系数和阈值电压的温度系数共同决定,两种效应一正一负,根据选择偏压大小,可以调整各自的贡献,确定合适的工作点,从而减小电学参数的温度漂移,甚至可以使某些电学参数的温度系数为零.因此,以HEMT作为微传感器的敏感单元,可以在较宽的温度范围内工作,解决由于温度的影响所带来的测量误差,为温度难以控制的恶劣环境的测试提供一定的依据.     

基于微制造的多晶硅薄膜型柔性铰链

将宏机械柔性铰链设计思想应用到硅微机械机构设计中,采用表面硅牺牲层工艺制作了结构层厚度为2 μm 的多晶硅薄膜型微机械柔性铰链及在线测试机构,对微米尺度柔性铰链的微机械性能进行了理论和试验研究。以直圆型多晶硅薄膜柔性铰链为例,对其转动刚度采用现有宏机械柔性铰链理论的计算值为8 N·μm／rad,试验测试结果为120N·μm／rad。宏理论计算和微机械测试结果之间的偏差较大,这表明在微尺度效应的影响下,宏机械柔性铰链理论模型不能直接用于薄膜型硅微机械柔性铰链的计算。根据试验数据对宏机械柔性铰链计算公式进行了修正,得到了描述薄膜型硅微机械柔性铰链静态特性的近似经验公式,可满足薄膜型硅微机械柔性铰链的设计与计算。     

热处理条件对溅射法制得的InSb薄膜特性的影响

文中从理论和实验分析了热处理条件对溅射法制得的ＩｎＳｂ薄膜特性的影响。热处理温度、时间和升降温速率都对薄膜特性有影响,通过实验得出了最佳的热处理温度、恒温时间和升降温速率。最后讨论了热处理过程中所采用的３种保护膜。     

纳米氧化钛薄膜湿敏元件的电学特性研究

采用溶胶-凝胶法在印有梳状电极的石英玻璃表面涂覆氧化钛纳米薄膜制备湿敏元件,利用LCR测量仪测量薄膜各电学参数随温度、湿度和频率的变化,并分析其复阻抗特性.结果表明:500 ℃烧结得到的薄膜元件感湿性能较好;相对湿度高于40%时,元件的阻抗模值随着湿度的增大而减小;复阻抗特性表现为半圆形.     

纳米硬度计研究多晶硅微悬臂梁的弹性模量

利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲试验来测量其力学特性是一种简便而有效的方法,具有很高的载荷分辨率,可精确测量微悬臂梁纳米级弯曲形变。运用该方法在研究微悬臂梁的弯曲形变过程中,必须考虑压头在微悬臂梁上的压入以及微悬臂沿宽度方向的挠曲。微悬臂梁采用普通的集成电路工艺(IC)制造。试验研究表明,多晶硅微悬臂梁的纯挠曲与载荷成很好的线性关系,呈现弹性变形,通过该线性关系可计算得到梁的弹性模量。测得的多晶硅微悬臂梁的弹性模量为156±(2.9%-6.3%)GPa。     

复合钝化多晶硅纳米膜应力分布仿真分析

多晶硅纳米薄膜具有优良的压阻特性,为提高其在传感器应用中的稳定性和可靠性,对这种薄膜的钝化层结构进行了研究.基于压力传感芯片的结构特点,建立了钝化层结构的有限元分析分析模型,给出了应力分布与SiO_2和Si_3N_4钝化层结构之间关系.结果表明:采用Si_3N_4-SiO_2-Si_3N_4复合钝化结构,适当控制各结构层厚度可有效降低热失配引起的内应力.从而给出了降低薄膜内应力的钝化方法,为多晶硅纳米薄膜在压阻式传感器上的应用提供了必要的技术支持.     

多晶硅微构件拉伸破坏特性的测量

硅表面工艺是微型机械制造的重要工艺,而多晶硅是表面工艺中最常用的主要材料,它的力学特性直接关系到微型电子机械系统的可靠性和使用寿命,因此对其破坏特性的研究是非常有必要的。本文在概述了国外对体硅工艺和表面工艺制作的构件材料破坏特性研究情况的基础上,提出了利用旋转台对表面工艺制作的多晶硅微梁进行拉伸破坏实验的方法,并在制作的测量系统上进行了实验,得出多晶硅微梁的拉伸破坏强度大于2．0GPa。