MEMS薄膜材料熱學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微電子制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型器件，具有廣闊的應(yīng)用前景。MEMS器件在加工過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)材料的物理特性常常受到加工工藝的影響而出現(xiàn)參數(shù)的波動(dòng)，薄膜材料的熱學(xué)參數(shù)是重要的物理參數(shù)。這種材料參數(shù)對(duì)工藝的敏感性導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性、重復(fù)性和可靠性無(wú)法得到保障。因此，研究材料參數(shù)的在線測(cè)試非常必要。
　　本論文主要研究MEMS薄膜材料熱學(xué)參數(shù)的

2、測(cè)試結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工藝中薄膜材料的熱膨脹系數(shù)、塞貝克系數(shù)的提取，為MEMS器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供實(shí)際參數(shù)依據(jù)。另外，論文還對(duì)雙層膜的熱膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析、理論推導(dǎo)和仿真，并進(jìn)行了流片測(cè)試。
　　本文在實(shí)驗(yàn)室已有的單層膜熱膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于美國(guó)MEMSCAP的PolyMUMPs加工工藝，對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，并進(jìn)行流片測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了誤差分析?；谡`差分析，針對(duì)理論模型中的修正因子進(jìn)行了深入的研究討

3、論，驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。
　　本文提出了一種塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，并給出了相應(yīng)的測(cè)試方法。該測(cè)試結(jié)構(gòu)利用兩層二氧化硅絕緣層作為勻熱板，通過(guò)ANSYS軟件對(duì)測(cè)試模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)分析。分析結(jié)果表明勻熱板很好的起到了勻熱的作用。對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)并流片加工，獲得了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　本文提出了一種雙層膜的熱膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出雙層膜曲率半徑與各薄膜層的熱膨脹系數(shù)之間的關(guān)系，給出了解析模型。該測(cè)試結(jié)構(gòu)分為雙層膜翹曲結(jié)構(gòu)和

4、投影游標(biāo)頭結(jié)構(gòu)兩部分。本文對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)的恒溫加熱、電流加熱和存在殘余應(yīng)力三種工作條件進(jìn)行了軟件仿真，驗(yàn)證了理論公式的正確性，并提出了抵消殘余應(yīng)力的方法。該測(cè)試在自然環(huán)境中進(jìn)行，無(wú)需專門的測(cè)試儀器，滿足在線測(cè)試的要求。
　　本文提出的幾種測(cè)試結(jié)構(gòu)和測(cè)試方法，具有測(cè)試方法簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)試儀器和測(cè)試環(huán)境要求低等特點(diǎn)，滿足在線測(cè)試的要求。經(jīng)過(guò)軟件仿真、工藝線加工和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的驗(yàn)證，證實(shí)這些測(cè)試結(jié)構(gòu)能夠在實(shí)際工藝線上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控MEMS加工工藝并