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。     

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。     

多晶硅断裂强度的电测量

分析了两端固定的发热梁的热膨胀力,得到热膨胀力的理论公式.利用这一结论得到了断裂强度测试结构的待测多晶硅薄膜的断裂强度与输入电流的关系式.使用发热梁作驱动将待测多晶硅拉断,只须读取拉断时外加的电流就能计算出多晶硅的断裂强度.使用电测量的方法测试多晶硅的断裂强度,测试方法简单.通过模拟验证,其精度足以满足工艺线在线测试的要求.     

基于交流量热法的薄膜热扩散率自动测试系统的研究

设计并组建了一套基于交流量热法的薄膜热扩散率的自动测试系统,实现了薄膜热扩散率的自动化测量。该系统以PC机为主控机,利用串口与运动控制卡通信,控制压电陶瓷超声电机实现采样点的精确定位,通过GPIB总线控制锁相放大器,采集位于待测薄膜表面上的微热电偶的温度响应信号。由温度信号的幅值与采样距离的关系得到薄膜的热扩散率。讨论了该系统的软硬件组成、测试原理及功能特性,并给出了系统软件的工作界面和测试数据。     

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.     

薄膜厚度对Si基SiO2薄膜力学性能的影响

为了研究薄膜厚度对Si基SiO_2薄膜力学性能的影响规律,利用纳米压痕技术及有限元模拟方法对不同厚度的Si基SiO_2薄膜材料进行测试,分析了不同厚度薄膜的硬度及弹性模量等力学性能,讨论了不同压深膜厚比对不同厚度薄膜弹性恢复率的影响,并在试验的基础上,建立了有限元模型,模拟了不同厚度薄膜在相同压深下的载荷位移关系,分析了薄膜的弹性恢复性能。结果表明:SiO_2薄膜越厚其弹性模量越小,而薄膜的硬度在薄膜较薄时压痕的尺寸效应更明显,并利用模拟进一步分析得出薄膜越薄弹性恢复性能越好。     

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.     

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.     

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.     

多晶硅薄膜电学参数的温度特性分析

本文研究了不同掺杂浓度下多晶硅薄膜的迁移率、应变系数等电学参数与温度的关系。通过霍尔迁移率的测试,给出了硼掺杂多晶硅薄膜电阻在25～150℃温度下的电阻率、霍尔迁移率、应变系数的温度特性,从理论上分析它们的变化规律。