基于四邊固支矩形膜結(jié)構(gòu)的碳化硅(SiC)楊氏模量測(cè)量方法研究.pdf

1、SiC在高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)輻射下仍具有出色的力學(xué)性能，是極端環(huán)境下MEMS器件的首選材料，楊氏模量是指導(dǎo)M EMS器件設(shè)計(jì)的重要物理參數(shù)。目前SiC的制備工藝還不成熟，工藝參數(shù)對(duì)SiC微結(jié)構(gòu)的楊氏模量有很大的影響，不同工藝條件下生長(zhǎng)的SiC，其楊氏模量差別較大。因此每種工藝參數(shù)生長(zhǎng)SiC后，都要對(duì)該工藝條件下的楊氏模量進(jìn)行重新測(cè)試，以指導(dǎo)其器件設(shè)計(jì)。一般微結(jié)構(gòu)力學(xué)測(cè)量方法都要對(duì)材料進(jìn)行加工，SiC化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，對(duì)其進(jìn)行加工的成本較高、

2、時(shí)間較長(zhǎng)。本文設(shè)計(jì)了一種通過(guò)測(cè)量SiC矩形膜的彈性系數(shù)的方法來(lái)測(cè)得SiC的楊氏模量E，無(wú)需對(duì)SiC進(jìn)行刻蝕加工，能簡(jiǎn)單、快速地對(duì)SiC的楊氏模量進(jìn)行測(cè)量。具體來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)方面：
　　1.理論基礎(chǔ)方面，基于偶應(yīng)力理論，引入本征長(zhǎng)度，研究了四邊固支矩形膜力學(xué)理論基礎(chǔ)，得到撓度、應(yīng)力和楊氏模量的求解方法。此外，還研究了膜的長(zhǎng)寬比、邊長(zhǎng)、厚度對(duì)矩形膜中點(diǎn)彈性系數(shù)的影響。
　　2.工藝路線方面，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和設(shè)備，探索出Si

3、C矩形膜的加工工藝。本文以TMAH溶液進(jìn)行腐蝕腐蝕加工，成功制備兩塊SiC矩形膜。
　　3.矩形膜彈性系數(shù)及SiC楊氏模量測(cè)量方面，用AFM測(cè)量計(jì)算得到了SiC薄膜下的楊氏模量和矩形膜中點(diǎn)的彈性系數(shù)。首先用該種方法測(cè)量Si的楊氏模量，證明該方法的可靠性。測(cè)得Si(100)的楊氏模量為141.9GPa，與Si(100)的楊氏模量標(biāo)準(zhǔn)值130GPa相差很小，證明了這種方法是可靠的。測(cè)得兩塊SiC膜的楊氏模量分別為79.7±10.60G