本文關(guān)鍵詞： MEMS 單晶硅 摻磷 疲勞可靠性 彎曲測試結(jié)構(gòu) 片外彎曲測試裝置 疲勞壽命模型　出處：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：硅是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS: Microelectromechanical Systems）中最常用的功能結(jié)構(gòu)材料之一，，其疲勞特性在硅基MEMS可靠性中有著重要地位。通過疲勞試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象來認(rèn)知硅疲勞是目前普遍采用的方法，但由于影響硅疲勞的因素繁多，因此效果并不理想。盡管對硅疲勞特性的研究已有二十載，在測試手段、疲勞壽命建模、疲勞機(jī)理等方面取得了一些進(jìn)展，但沒能給出廣為接受的硅疲勞理論。本文著眼于提高單晶硅微結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性，著重研究了單因素——摻磷（一種常用的電活性雜質(zhì)）——對單晶硅疲勞特性的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： 1．針對各向異性濕法體硅工藝的特點，設(shè)計了一種既新穎又經(jīng)濟(jì)的試樣結(jié)構(gòu)，利用有限元分析確定結(jié)構(gòu)的尺寸；設(shè)計掩膜版和工藝流程，制備了六組不同摻磷濃度的試樣；設(shè)計了一種簡易的片外彎曲測試系統(tǒng)，通過調(diào)整和改進(jìn)，整個系統(tǒng)的測試性能可滿足使用要求。 2．研究了雜質(zhì)磷對單晶硅微梁彎曲強(qiáng)度的影響。由強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)可知，摻磷對單晶硅微梁的彎曲強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用。其作用機(jī)理為：雜質(zhì)磷能提高部分原子鍵的斷裂難度和產(chǎn)生新表面的能量。 3．研究了雜質(zhì)磷對單晶硅微梁彎曲疲勞特性的影響。首先根據(jù)強(qiáng)度信息確定疲勞加載應(yīng)力，進(jìn)行疲勞測試；然后建立疲勞斷裂概率模型；最后由疲勞測試數(shù)據(jù)和疲勞模型擬合得到材料常數(shù)C和n，通過對C和n隨摻磷濃度變化趨勢的分析得知，摻磷對單晶硅的疲勞特性有比較明顯的改善。其機(jī)理是：雜質(zhì)磷能提高單晶硅阻礙裂紋萌生和擴(kuò)展的能力。 經(jīng)上述研究，本文發(fā)現(xiàn)了摻磷對單晶硅強(qiáng)度及疲勞特性的影響規(guī)律，這對硅基MEMS的相關(guān)可靠性設(shè)計有一定的參考價值。
[Abstract]:Silicon is one of the most commonly used functional structural materials in MEMS (Microelectromechanical Systems), and its fatigue characteristics play an important role in the reliability of silicon-based MEMS. But because there are many factors that affect the fatigue of silicon, the effect is not satisfactory. Although the research on the fatigue characteristics of silicon has been 20 years, some progress has been made in testing methods, fatigue life modeling, fatigue mechanism, etc. However, the widely accepted theory of silicon fatigue has not been given. The purpose of this paper is to improve the fatigue reliability of monocrystalline silicon microstructures. The effect of single factor -doped phosphorus (a commonly used electrically active impurity) on the fatigue properties of monocrystalline silicon is studied. The main contents and conclusions are as follows:. 1. According to the characteristics of anisotropic wet bulk silicon process, a new and economical sample structure is designed, the size of the structure is determined by finite element analysis, and six groups of samples with different phosphorus concentration are prepared by designing mask plate and technological process. A simple out-of-chip bending testing system is designed. Through adjustment and improvement, the testing performance of the whole system can meet the requirements of application. 2. The influence of impurity phosphorus on the bending strength of monocrystalline silicon microbeam is studied. Phosphorus doping can obviously enhance the bending strength of monocrystalline silicon microbeams. The mechanism is that phosphorus impurity can increase the fracture difficulty of some atomic bonds and produce the energy of new surface. 3. The influence of phosphorus impurity on the bending fatigue characteristics of single crystal silicon microbeam is studied. Firstly, the fatigue loading stress is determined according to the strength information, and then the fatigue fracture probability model is established. Finally, the material constants C and n were obtained by fitting the fatigue test data and fatigue model, and the change trend of C and n with the concentration of phosphorus was analyzed. The mechanism is that phosphorus impurity can improve the ability of single crystal silicon to prevent crack initiation and propagation. Based on the above studies, the influence of phosphorus doping on the strength and fatigue characteristics of monocrystalline silicon has been found, which has a certain reference value for the reliability design of silicon-based MEMS.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH-39;TB34

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐飛飛;張效棟;房豐洲;;金剛石刀具單點切削單晶硅加工表面特性[J];納米技術(shù)與精密工程;2013年06期

2 陳道龍;高通量工程試驗堆堆內(nèi)單晶硅旋轉(zhuǎn)體溫度測量[J];核動力工程;1983年01期

3 王金濤;劉子勇;佟林;羅志勇;李占宏;;近單晶硅密度液體壓縮系數(shù)精密測量方法[J];儀器儀表學(xué)報;2014年02期

4 王乾;;基于原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)的單晶硅微觀機(jī)械性能實驗[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;2010年05期

5 李宏軍;董海成;朱旭;張愿成;張瀅清;李紅波;;太陽能級單晶硅鑄造技術(shù)研究進(jìn)展[J];新材料產(chǎn)業(yè);2011年04期

6 程祥;高斌;楊先海;劉軍營;田忠強(qiáng);;微細(xì)塑性銑削單晶硅實驗研究[J];山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年04期

7 李愿杰;李智偉;;單晶硅中替位碳含量的常/低溫紅外光譜對比研究[J];東方電氣評論;2013年04期

8 梁志強(qiáng);王西彬;吳勇波;趙文祥;彭云峰;許衛(wèi)星;;單晶硅二維超聲振動輔助磨削技術(shù)的實現(xiàn)[J];機(jī)械工程學(xué)報;2010年13期

9 梁志強(qiáng);王西彬;吳勇波;趙文祥;彭云峰;;垂直于工件平面的二維超聲振動輔助磨削單晶硅表面形成機(jī)制的試驗研究[J];機(jī)械工程學(xué)報;2010年19期

10 李小成,呂晉軍,楊生榮;摩擦偶件對單晶硅宏觀摩擦磨損行為的影響[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2005年03期

相關(guān)會議論文 前7條

1 蔣娜;袁小武;張才勇;;單晶硅生長技術(shù)研究進(jìn)展[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

2 孫蓉;于淑會;杜如虛;薛群基;;單晶硅材料摩擦摩擦磨損行為研究[A];第八屆全國摩擦學(xué)大會論文集[C];2007年

3 何慶;索智群;喬東海;;單晶硅電容式低頻傳聲器的設(shè)計和制作[A];2009’中國西部地區(qū)聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2009年

4 陳官璧;汪蕾;楊德仁;;熱處理對p型單晶硅非晶SiC:H鈍化效果的影響[A];第十屆中國太陽能光伏會議論文集：迎接光伏發(fā)電新時代[C];2008年

5 尹韶輝;徐志強(qiáng);;小口徑單晶硅非球面復(fù)合超精密加工工藝[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

6 肖清華;王敬;屠海令;;質(zhì)子注入單晶硅中的結(jié)構(gòu)演化[A];中國有色金屬學(xué)會第五屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

7 余學(xué)功;楊德仁;;鑄造準(zhǔn)單晶硅的生長及其太陽電池的性能研究[A];中國晶體學(xué)會第五屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)大會（晶體生長分會場）論文摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 張劍英邋劉仲平;1500噸單晶硅項目在榆林開建[N];陜西日報;2007年

2 記者 張曉博;銀川隆基啟動500兆瓦單晶硅棒項目[N];銀川晚報;2012年

3 吳宜平 鄒平飛 特約記者 張家峰;廬山區(qū)：區(qū)熔單晶硅項目進(jìn)展順利[N];九江日報;2009年

4 段同剛;打造最具競爭力光伏產(chǎn)品[N];中國電子報;2011年

5 段同剛　撰稿;晶龍模式：讓創(chuàng)新“跑贏”市場[N];河北日報;2011年

6 韓粉琴　劉世領(lǐng);國際投資機(jī)構(gòu) “繡球”拋向高郵民企[N];新華日報;2007年

7 通訊員 張世平;益陽晶鑫科技生產(chǎn)出第一根“晶棒”[N];益陽日報;2007年

8 本報記者 丁鑫;過分依賴海外市場及產(chǎn)能過剩 掣肘光伏產(chǎn)業(yè)成長腳步[N];證券日報;2011年

9 黃女瑛 DigiTimes;太陽能產(chǎn)業(yè)生輝 茂迪、益通逐日[N];電子資訊時報;2006年

10 楊紅雷;晶龍集團(tuán)打造高科技民營企業(yè)[N];河北經(jīng)濟(jì)日報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 余家欣;單晶硅的切向納動研究[D];西南交通大學(xué);2011年

2 陳貴鋒;高能粒子輻照單晶硅輻照效應(yīng)的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2009年

3 陳磊;單晶硅納米磨損的濕度/速度效應(yīng)及防護(hù)研究[D];西南交通大學(xué);2013年

4 劉春陽;納秒脈沖激光誘導(dǎo)單晶硅材料熒光效應(yīng)的研究[D];天津大學(xué);2012年

5 曹建偉;直拉式單晶硅生長爐的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐相杰;不同接觸尺度下單晶硅的摩擦磨損性能研究[D];西南交通大學(xué);2012年

2 余繼軍;單晶硅材料動態(tài)壓痕試驗系統(tǒng)的建立及試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 呂揚(yáng);單晶硅晶體特性的壓痕仿真與試驗研究[D];吉林大學(xué);2013年

4 溫軍戰(zhàn);單晶硅反應(yīng)激波刻蝕試驗研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

5 于楠;單晶硅納米加工仿真及實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 王穎;單晶硅微裂紋的掃描電鏡原位觀察與應(yīng)變場研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2013年

7 張文爽;單晶硅精密研拋的分子動力學(xué)仿真及試驗研究[D];吉林大學(xué);2013年

8 劉加富;線鋸切割單晶硅的應(yīng)力場及損傷層研究[D];山東大學(xué);2006年

9 孟憲波;金剛石刀具切削單晶硅過程溫度變化及碳化硅的生成機(jī)理[D];燕山大學(xué);2014年

10 李軍;共軛基團(tuán)有機(jī)分子在單晶硅表面的組裝及其光電性質(zhì)研究[D];北京化工大學(xué);2011年

本文編號：1505155