MEMS中Ni-W合金薄膜力学性能的研究

研究了柠檬酸胺-1-羟基乙烷二膦酸（HEDP）镀液体系中Ni-W的力学性能。通过紫外曝光的光刻、电铸和注塑（UV—LIGA）技术制备出微拉伸试样和单轴微拉伸测试系统进行拉伸试验。结果表明：在Ni-W薄膜试样尺寸为5μm×50μm×100μm条件下,其杨氏模量约为100．4GPa,抗拉强度为1．96GPa,应变约为3．6％。     

氧化锌纳米线振动问题研究

采用连续介质理论与分子动力学模拟相结合的方法,研究了氧化锌纳米线的振动问题.建立了氧化锌纳米线核壳模型,解释其等效杨氏模量及压电常数的尺寸效应.通过连续介质理论求得氧化锌纳米线振动固有频率,并与分子动力学模拟得到的结果进行对比.研究表明,氧化锌纳米线在极化方向的等效拉伸杨氏模量随着横截面尺寸的增加而逐渐增大,且通过核壳模型分别求得核、壳拉伸杨氏模量.拟合得到的等效拉伸杨氏模量与分子动力学方法获得的等效拉伸杨氏模量符合得很好.根据连续介质理论得到等效弯曲杨氏模量,发现等效弯曲杨氏模量也随着横截面尺寸的增加而增大.氧化锌纳米线极化方向的压电耦合能力比一般压电陶瓷好,压电常数随着横截面尺寸的增加逐渐减小.氧化锌纳米线在不同温度条件下的振动频率没有明显变化,在不同外电场条件下的振动频率有显著变化.分子动力学模拟得到不同横截面尺寸的氧化锌纳米线振动频率不同.根据连续介质理论,求得悬臂Timoshenko梁模型相应尺寸的振动频率,发现横截面的尺寸越大,连续介质理论与分子动力学模拟得到的振动频率越接近.     

单晶硅纳米梁的分子动力学模拟

采用经典的分子动力学方法,分析了两端固支的纳米梁的力学行为特征.在初始应变下,梁的表面原子发生了重构,而初始应变能仅是重构能的1%,随着分子动力学迭代的开始,初始应变能逐渐转化为梁中原子的热运动动能和梁的谐振能量.从其能量的变化曲线得到,梁的谐振频率为2.32×1010Hz.与连续介质近似结果对比发现,该谐振频率对应的杨氏模量为101 GPa,小于体硅的131 GPa,说明在该尺度下杨氏模量小于体材料.另外,分子动力学结果显示,发热是纳米梁耗散机制的重要方式,即谐振能量转化为梁中原子的热运动动能.     

微力微位移天平测试方法

介绍了一种简单有效的微力、微位移天平测试方法,通过对薄型硅悬臂梁进行力—挠度特性测试进而提取材料杨氏模量的方法是简便、可行的。还介绍了用于测量薄膜应力的悬臂梁挠曲法,对于硅上热生长1.1μm SiO_2的结构,测得SiO_2膜内的压应力为200～230MPa.微力微位移天平测试方法操作方便,仪器成本低,具有较高精度。     

振动式微机械隧道陀螺仪的制备工艺

振动梁式微机械隧道陀螺仪是一种以悬臂梁作为换能构件,以电子隧道效应为输出敏感方式的高精度和高灵敏的角振动传感器,解决了传统机械陀螺仪因尺寸减小而导致的灵敏度降低的缺点。结合微机械隧道陀螺仪的尺寸特点:硅尖与下电极的距离为1μm,齿厚和齿间距之间的距离为4μm,梁的厚度为50μm,提出硅正面刻蚀—玻璃上电极制作—硅玻键合—硅背面减薄—硅背面刻蚀的DDSOG(DeepDrySiliconOnGlass)工艺方案,成功实现了整个器件的工艺制备。本文就DDSOG工艺中的关键工艺进行了一一论述,该工艺不仅能用于隧道陀螺仪的制备,同时也可以制作其它高深宽比传感器或执行器。     

基于硅膜的电容式高灵敏度低频传声器研究

在电容式传声器相关理论以及方形膜研究的基础上,采用圆形硅膜作为振动膜,研制了电容式低频传声器,该传声器直接采用音频传声器结构,不同于以往的电容式低频传声器结构.首先进行了等效结构参数的仿真,为实验提供了理论支持;然后,制备了直径为0.08 m,厚度约60μm的圆形硅膜,并以此硅膜为振动膜研发了一种高灵敏度的低频传声器,其中,两极板间的气隙厚度约为100 μm.测试表明,当偏置电压为4.5 V时,该传声器具有较高的灵敏度,100 Hz处的灵敏度约为-27dB,通频带(20～300 Hz)平坦,低频响应部分(0～20 Hz)需要改进方法进一步测试.     

一种新型微机械谐振式压力传感器研究

提出了一种微机械谐振式压力传感器的新结构.该传感器采用了电磁激励和差分检测方式.谐振器的制作采用了30μm厚扩散硅的(100)硅片.从而实现了谐振器与压力膜的一体化,避免了谐振梁与压力膜键合引入的应力,并且工艺简单易于实现.文中介绍了结构的有限元仿真(FEA-ANSYS Simulation)优化,工艺制作流程,及实验测试.在低真空下测试其品质因数(Q)高于10 000,测量范围为0～100 kPa,非线性度为0.62%,分辨率为1/10 000,灵敏度为200 Hz/kPa.     

0.8μm CMOS/SOI模型参数提取

0.8μm CMOS/SOI的模型参数提取是基于0.8μm CMOS/SOI工艺,选用HSPICE中的level 57模型.介绍了测试图形的设计经验,分析了SOI器件与体硅器件之间模型的差异,最后给出测试数据及参数测试结果的拟合情况.     

基于弯曲测试的纳结构机械力学特性的表征

利用原子力显微镜对聚焦离子束刻蚀技术制备的不同纵横比的氮化硅纳米梁结构进行了弯曲测试,并讨论了一种标定原子力显微镜微悬臂梁弹簧常数的方法.实验中严格界定了欧拉细长梁的条件,在分析了纳米梁组纵横比对测试结果影响的基础上,讨论了如何修正弯曲测试结果.弯曲测试得到了纳米梁的平面模数,并进一步推算氮化硅材料的杨氏模量.测试结果验证了基于原子力显微镜系统的弯曲方法测试纳米薄膜材料杨氏模量的可行性.     

硅纳米杆拉伸的分子动力学模拟

采用Stillinger-Weber(SW)势函数描述硅纳米杆中硅原子间的相互作用,通过分子动力学方法对几种硅纳米杆进行轴向拉伸研究,发现硅纳米杆拉伸时表现出来的特性与宏观脆性材料基本一致:拉伸曲线没有明显的直线部分和屈服变形部分;进一步研究发现硅纳米杆的杨氏模量和强度极限随着尺寸增大而增大,尺寸效应随尺寸增大而逐渐减弱.