[發(fā)明專利]求解Al/SiO2/Si三層MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的彈性變形的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310425866.2
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103487001A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董健;蔣恒
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種求解三層MEMS結(jié)構(gòu)各層殘余應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)變形的方法。

背景技術(shù)

在電容式風(fēng)速傳感器中，三層結(jié)構(gòu)的懸臂梁常作為電容的一極構(gòu)成了一個平行板電容器。風(fēng)力作用于傳感器敏感結(jié)構(gòu)引起電容器的極板面積、極板間距以及絕緣層介電常數(shù)的變化，從而引起電容器輸出電容的變化，通過測量傳感器輸出電容的變化值可以實現(xiàn)風(fēng)速的測量。Al/SiO₂/Si三層MEMS懸臂梁是其比較常用的結(jié)構(gòu)，其中Si作為基底是懸臂梁的主要力學(xué)部分，SiO₂起到絕緣層的效果，鋁薄膜則為平行板電容器的上電極。

然而由于各種原因，經(jīng)過加工制造和后處理過程這類薄膜結(jié)構(gòu)各層中通常表現(xiàn)出較大的殘余應(yīng)力(應(yīng)變)，應(yīng)力（應(yīng)變）的不協(xié)調(diào)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的彎曲變形影響結(jié)構(gòu)的測量性能。因此各層膜內(nèi)殘余應(yīng)力與該結(jié)構(gòu)變形的關(guān)系的表征就顯得至關(guān)重要。通常我們采用Stoney公式來作為表征方法，但是Stoney公式的適用必須基于許多苛刻的假設(shè)，比方說Stoney公式的假設(shè)要求基底與薄膜的楊氏模量相近。因此由于各層的楊氏模量相差較大，Al/SiO₂/Si三層結(jié)構(gòu)的變形并不適合用Stoney公式去表征。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)由于各層殘余應(yīng)力分布不均勻而導(dǎo)致的Al/SiO₂/Si三層MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的變形問題，本發(fā)明提出了一種求解Al/SiO₂/Si三層MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的彈性變形的方法.

一種求解Al/SiO₂/Si三層MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的彈性變形的方法，包括以下步驟：

（1）利用MEMS工藝制作的Al/SiO₂/Si三層懸臂梁結(jié)構(gòu)，其各層楊氏模量和厚度是已知，設(shè)楊氏模量比γ₁=E₁/E₂,γ₂=E₃/E₂，厚度比r₁=h₁/h₂，r₂=h₃/h₂，其中E₁，E₂，E₃，h₁，h₂，h₃分別依次表示硅基底、二氧化硅膜、鋁膜的楊氏模量和厚度;

（2）在一定的工藝條件下，經(jīng)過加工制造和后處理過程，不同材料膜所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是可以通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)得到的，設(shè)硅基底、二氧化硅膜、鋁膜的殘余應(yīng)力依次為σ_res,1，σ_res,2，σ_res,3;

（3）將上述數(shù)據(jù)代入Stoney延伸公式其中