發(fā)布時(shí)間：2017-09-11 19:03

  本文關(guān)鍵詞：MEMS多層薄膜力學(xué)特性研究及測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： MEMS 多層薄膜 力學(xué)參數(shù) 曲率半徑 等效剛度

【摘要】：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(lái),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(dòng)微結(jié)構(gòu)性能的重要因素,也是進(jìn)行微系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)特性與體材料相比有很大差別,并且相同的薄膜材料在不同的生長(zhǎng)工藝或者環(huán)境下,其材料性能也會(huì)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(cè)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?jī)?nèi)容為MEMS多層薄膜力學(xué)特性的研究和測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),針對(duì)實(shí)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,利用有限元分析軟件驗(yàn)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(duì)實(shí)際中薄膜厚度的設(shè)計(jì)給出指導(dǎo)。針對(duì)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(yàn)證。2. 本文對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)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(jì)算各層材料楊氏模量,同時(shí),針對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)理論誤差的影響進(jìn)行了分析,用有限元軟件仿真驗(yàn)證了模型的可行性。3. 針對(duì)提出的模型設(shè)計(jì)了合理的測(cè)試結(jié)構(gòu),用于雙層薄膜殘余應(yīng)力和等效彎曲剛度的測(cè)試,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工并給出了測(cè)試結(jié)果,對(duì)加工出現(xiàn)的問(wèn)題給出了分析。本文不僅研究了MEMS多層薄膜的力學(xué)特性,并且給出了相關(guān)的測(cè)試結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)ANSYS有限元軟件的驗(yàn)證了模型的可行性。本文對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模型誤差的影響也有慎重考慮,對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)給出了指導(dǎo),具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 多層薄膜 力學(xué)參數(shù) 曲率半徑 等效剛度
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH-39
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)概述8-9
• 1.2 課題研究背景及意義9
• 1.3 相關(guān)研究綜述9-14
• 1.3.1 基片曲率測(cè)試法10
• 1.3.2 微梁旋轉(zhuǎn)法10-11
• 1.3.3 諧振頻率法11-12
• 1.3.4 鼓膜法12-13
• 1.3.5 靜電執(zhí)行法13
• 1.3.6 納米壓痕法13-14
• 1.4 論文主要工作14-16
• 第二章 MEMS多層薄膜殘余應(yīng)力研究16-32
• 2.1 曲率半徑理論模型16-21
• 2.1.1 測(cè)試結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.2 解析模型17-19
• 2.1.3 有限元仿真驗(yàn)證19-21
• 2.2 膜厚度對(duì)曲率半徑的影響21-25
• 2.2.1 雙層膜結(jié)構(gòu)中上層膜厚度變化對(duì)整體曲率變化研究22-23
• 2.2.2 有限元軟件仿真驗(yàn)證23-24
• 2.2.3 小結(jié)24-25
• 2.3 寬度對(duì)曲率半徑的影響25-31
• 2.3.1 寬度對(duì)曲率半徑的影響25
• 2.3.2 針對(duì)大寬長(zhǎng)比的修正公式理論研究25-26
• 2.3.3 有限元軟件仿真驗(yàn)證26-28
• 2.3.4 雙層圓盤(pán)曲率半徑模型28-31
• 2.3.5 小結(jié)31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 MEMS多層薄膜靜電執(zhí)行橫拉32-46
• 3.1 等效彎曲剛度理論研究32-41
• 3.1.1 理論模型及公式推導(dǎo)32-35
• 3.1.2 有限元軟件仿真驗(yàn)證35
• 3.1.3 等效彎曲剛度驗(yàn)證35-37
• 3.1.4 等效楊氏模量驗(yàn)證37-38
• 3.1.5 誤差分析38-41
• 3.1.6 小結(jié)41
• 3.2 等效彎曲剛度提取楊氏模量理論研究41-44
• 3.2.1 理論模型及公式推導(dǎo)41-42
• 3.2.2 有限元軟件仿真驗(yàn)證42-43
• 3.2.3 誤差分析43-44
• 3.2.4 小結(jié)44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第四章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證46-66
• 4.1 表面微加工工藝介紹46-52
• 4.1.1 MEMSCAP表面犧牲層工藝46-50
• 4.1.2 無(wú)錫上華表面微加工工藝50-51
• 4.1.3 上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所MEMS加工平臺(tái)51-52
• 4.2 測(cè)試平臺(tái)的搭建52-55
• 4.3 加工結(jié)構(gòu)介紹55-58
• 4.3.1 雙層平面圓環(huán)結(jié)構(gòu)55-56
• 4.3.2 雙層靜電橫拉結(jié)構(gòu)56-58
• 4.4 測(cè)試結(jié)果及分析58-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-74
• 作者簡(jiǎn)介74

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1 ;低應(yīng)力多層薄膜加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得突破[J];表面工程資訊;2008年01期

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5 趙林;馮一軍;;金屬襯底多層薄膜結(jié)構(gòu)反射特性研究[J];火控雷達(dá)技術(shù);2008年04期

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5 米文博;劉宜偉;劉暉;白海力;;Fe_xGe_(100-x)顆粒薄膜和Fe/Ge多層薄膜的霍耳效應(yīng)[A];中國(guó)真空學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2006年

6 石卓瓊;王軍轉(zhuǎn);施毅;濮林;鄭有p，

本文編號(hào)：832501