杂质磷对单晶硅微结构疲劳特性的影响——基于Paris公式的分析

硅基微机电系统中的单晶硅微结构常工作于循环加载状态,易发生疲劳失效。单晶硅微结构疲劳寿命的分散度较大,难以根据不同掺磷浓度试样的疲劳寿命测试数据对比分析出杂质磷对单晶硅微梁弯曲疲劳特性的影响规律,针对此问题进行研究。设计一种弯曲测试结构,该结构可同时对四根微梁进行疲劳测试;设计一种简易的弯曲测试装置,该装置在满足测试精度的同时有效地控制了成本。用各向异性湿法工艺制备6组不同掺磷浓度的试样,并在常温空气环境中对试样进行弯曲疲劳测试。基于Paris公式建立一种微结构疲劳寿命预测的概率模型,用模型对测试数据进行拟合计算,得到材料常数C和n。C随掺磷浓度降低近3个量级,而n增量较小,表明C的变化占主导。所以疲劳裂纹扩展速率有随掺磷浓度增高而降低,这可为硅基微机电系统的疲劳可靠性设计提供有价值的参考。     

单晶硅微薄膜V形缺口疲劳特性研究

采用微疲劳试验机与光学显微镜搭建一套微观疲劳试验系统。在室温条件下,通过控制载荷对单侧V形缺口的单晶硅微薄膜进行脉动拉伸疲劳试验,研究其疲劳特性。首先将单晶硅微薄膜V形缺口试样疲劳试验数据与单晶硅微薄膜光滑试样疲劳试验数据进行对比,分析发现V形缺口的引入会使单晶硅试样的疲劳强度及其抵抗弯矩的能力显著降低。试验结果表明,缺口试样发生破坏的应力幅度界限分明,与光滑试样相比,其破坏特性更趋近于宏观脆性断裂。通过扫描电镜分别对单晶硅微薄膜光滑试样与V形缺口试样进行断口分析,发现单晶硅微薄膜在循环应力作用下出现脆性疲劳破坏行为,其断口形貌特征与晶体结构密切相关。     

MEMS器件建模与仿真分析方法研究

基于主振型叠加法和拉格朗日动力学方程,建立微机电系统多场耦合分析的宏模型。这一模型是由常微分方程组成的有限自由度系统,自由度较少,系统状态方程简单,显著地减少计算时间,为micro-electro-mechanical systems（MEMS）设计提供一种有效而准确的分析工具。算例表明,文中所提方法用于MEMS器件建模仿真分析是有效的。     

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的扫描测量平台

将自主开发的基于MEMS工艺的微触觉测头与纳米坐标测量平台相结合,构建高性能的扫描测量平台,提高了微结构和器件扫描测量的精度和分辨力.基于微触觉测头的测量原理,研究了微触觉测头应用于纳米坐标测量平台的反馈控制方法以及控制转换参数的标定方法,讨论了扫描平台不同扫描方式对测量的影响.实验进行了相对平整表面和非平整表面形貌的扫描测量,结果表明,相对平整和非平整表面进程回程重复扫描差值的标准偏差分别为15.519 nm 和23.088 nm,系统具有较高的测量重复性.     

无交叠垂直梳齿平动微镜的驱动特性

为了设计用于光相位调制器平动微镜的无交叠梳齿驱动器,建立了保角变换数学模型,研究了驱动器的驱动特性。从复变函数理论出发,建立了驱动器的保角变换静电场解析模型;以动齿受力为研究对象,根据不同情形下的动齿受力特点,求解了一定区间内动齿的静电力并与有限元模拟计算结果进行了对比分析。采用微机电系统(MEMS)工艺制作出了无交叠梳齿驱动器,搭建了Michelson干涉仪光学测试系统,测试了无交叠梳齿驱动器的静态驱动特性。实验结果表明,所制作的无交叠梳齿驱动器在28V偏压下机械位移可达325nm,相位差为2π;在90V的偏压下能够获得2.07μm静态位移。测试结果与保角变换及有限元模型分析结果一致,验证了所建数学模型的正确性,为无交叠梳齿驱动器的设计提供了理论与实验基础。     

电磁MEMS微镜贴片封装残余应力测试与特性研究北大核心CSCD

针对在MEMS微镜贴片封装过程中引入残余应力的问题,文中基于层合梁理论,研究了MEMS微镜芯片贴片热变形的影响因素及其变化规律;此外,基于欧拉-伯努利梁模型和有限元分析,建立了轴向应力与微镜Piston模态的谐振频率间的解析关系;实验验证了不同封装参数影响下微镜样品的Piston模态频率偏移程度,评估了影响样品中残余应力水平的因素及其变化趋势,结果与理论分析、有限元仿真一致,为MEMS微镜贴片封装优化设计提供了技术支撑。     

PECVD SiC薄膜的应力控制及抗腐蚀特性研究

运用低温的PECVD方法进行了SiC薄膜的制备,通过改究工艺参数对SiC薄膜应力的影响,制备出低应力的SiC薄膜.研究了退火工艺、离子注入工艺对薄膜应力的影响,使得薄膜应力可控制,将无定形态的SiC变成微晶态SiC;解决了厚膜在高温退火下破裂的问题,将SiC薄膜的电阻率降低到10Ω·cm的量级.对SiC的抗腐蚀特性进行了研究,对比了多种湿法、干法对SiC的腐/刻蚀速率.成功地将制备的低应力SiC薄膜用于MEMS器件的抗腐蚀保护.