激光聲表面波系統(tǒng)及其在薄膜楊氏模量測(cè)量中的應(yīng)用研究.pdf

1、薄膜廣泛應(yīng)用于微型傳感、微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，薄膜的楊氏模量、硬度，剛度和密度直接影響這些零部件及系統(tǒng)的力學(xué)特性，其中，楊氏模量是薄膜最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)，因此準(zhǔn)確測(cè)量薄膜的楊氏模量意義重大。
　　 目前，測(cè)量楊氏模量的技術(shù)主要有納米壓痕技術(shù)、布里淵區(qū)光散射技術(shù)、聲學(xué)顯微鏡技術(shù)和光偏轉(zhuǎn)聲表面波檢測(cè)技術(shù)等。其中，納米壓痕技術(shù)是接觸式檢測(cè)技術(shù)，會(huì)對(duì)樣品表面造成損壞，而且探頭尺寸影響橫向分辨率和精度的進(jìn)一步提高；布里淵

2、區(qū)光散射技術(shù)是使用超高頻的熱聲子來(lái)檢測(cè)光子的散射，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，所獲得的振幅偏?。宦晫W(xué)掃描法應(yīng)用聚焦超聲波探測(cè)固體樣品的表面形貌，由此獲得薄膜的楊氏模量，但由于采用低頻的超聲波，目前只適合測(cè)量較厚的薄膜；與其它技術(shù)相比，光偏轉(zhuǎn)聲表面波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用連續(xù)激光器檢測(cè)聲表面波，是一種快速的非接觸式檢測(cè)技術(shù)，而且不會(huì)損傷樣品，已逐漸成為測(cè)量微納米量級(jí)薄膜力學(xué)特性的最有前途的方法之一?，F(xiàn)有光偏轉(zhuǎn)聲表面波檢測(cè)系統(tǒng)探測(cè)光束斜入射/斜反射配置存在探測(cè)點(diǎn)聚

3、焦效果差，探測(cè)光束擴(kuò)散角大等問題。此外，聲表面波易受激光反射和機(jī)械振動(dòng)的影響，需要非常靈敏的設(shè)備檢測(cè)。
　　 本課題致力于開發(fā)基于光偏轉(zhuǎn)表面波檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在“薄膜/基底”結(jié)構(gòu)中激發(fā)和檢測(cè)聲表面波。與壓電檢測(cè)技術(shù)和納米壓痕檢測(cè)技術(shù)比對(duì)測(cè)試，驗(yàn)證此技術(shù)的可行性。本論文的主要研究工作有：
　　 1、系統(tǒng)論述了薄膜楊氏模量檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了基于激光聲表面波技術(shù)測(cè)量微納米量級(jí)薄膜楊氏模量存在的問題，明確了課題

4、研究?jī)?nèi)容。
　　 2、通過(guò)研究固體媒介中的運(yùn)動(dòng)方程，驗(yàn)證了聲表面波在“各向同性薄膜/硅基底”理論模型中的傳播規(guī)律。同時(shí)，編寫了實(shí)驗(yàn)聲表面波處理算法。
　　 3、設(shè)計(jì)并搭建了基于光偏轉(zhuǎn)聲表面波檢測(cè)系統(tǒng)的差分共焦聲表面波檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)差分配置和共光路配置的應(yīng)用，提高了光偏轉(zhuǎn)聲表面波檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力；同時(shí)，設(shè)計(jì)了PVDF壓電檢測(cè)系統(tǒng)，獲得金屬膜PVDF傳感器制作技術(shù)，設(shè)計(jì)四象限壓電傳感器，實(shí)現(xiàn)了聲表面波的定向。