[發明專利]一種增強型偏轉電容式表面微機械加工殘余應力測試結構

有效

• 申請號: 201310611767.3
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103604534A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 唐潔影;王磊;蔣明霞
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種表面微機械加工殘余應力測試領域，尤其是一種增強型偏轉電容式表面微機械加工殘余應力測試結構。

背景技術

MEMS是微機電系統（Micro-Electro-Mechanical?Systems）的縮寫。MEMS把電子技術與機械特性有機地結合了起來，通過懸浮結構的運動可以同時實現物理、化學、生物等方面的功能。其中，表面硅微機械加工工藝易于與傳統的CMOS工藝兼容，實現微機械器件與CMOS電路的集成，因此應用較為廣泛。表面硅微機械加工工藝，通過在硅片上連續沉積功能層、結構層和犧牲層，再利用選擇性腐蝕去除結構層下面的犧牲層而得到懸浮于襯底表面附近的微結構。懸浮的微結構在電場、磁場等外力作用下可實現電、熱、磁、機械之間的轉換，完成感知或執行等功能。表面微機械加工過程中由于薄膜淀積或后處理工藝不可避免地會產生殘余應力，過大的殘余應力會造成可動結構破裂或徹底失去作用。

但是，典型的應力測試技術是用光學方法測定微結構因應力釋放長度或彎曲的變化，通常對光學設備的性能有較高要求，在表面微機械加工過程中不可避免地會產生殘余應力，過大的殘余應力會造成薄膜結構破裂或變形。因此，必須重視殘余應力的測試和分析，并反饋之設計中，以保證設計和制造的MEMS器件具備良好的性能指標。如何在不增加多少成本的情況下，完成殘余應力的測試工作，成為了研究工作需要解決的問題。

發明內容

發明目的：為了客服現有技術的不足，本發明提供了結構簡單，易于操作的一種增強型偏轉電容式表面微機械加工殘余應力測試結構，以及時檢測表面微機械加工過程中產生的殘余應力。

技術方案：一種增強型偏轉電容式表面微機械加工殘余應力測試結構，其特征在于：包括襯底、兩塊下極板和上極板、兩個輔助旋轉結構和三個錨區；

下極板沉積于襯底上表面；兩個錨區置于襯底上；上極板懸置在下極板上方；

兩個輔助旋轉結構分別是左輔助旋轉結構和右輔助旋轉結構，兩個輔助旋轉結構完全相同；其中，左輔助旋轉結構包括左橫梁、左縱梁和兩個輔助橫梁；左橫梁的右端連接上極板左側，左橫梁的左端連接左縱梁，左橫梁與左縱梁垂直；左縱梁的兩側分別連接一個輔助橫梁，連接左縱梁左側的輔助橫梁的另一端固定在錨區右側，連接左縱梁右側的輔助橫梁的另一端固定在錨區左側；

右輔助旋轉結構包括右橫梁、右縱梁、和兩個輔助橫梁；右橫梁的左端連接上極板右側，右橫梁的右端連接右縱梁，所訴右橫梁與右縱梁垂直；右縱梁的兩側分別連接一個輔助橫梁，連接右縱梁右側的輔助橫梁的另一端固定在錨區左側，連接右縱梁左側的輔助橫梁的另一端固定在錨區右側；

左橫梁和右橫梁位于同一平面且不在同一水平線上；四個輔助橫梁位于同一平面且不在同一水平線上；上極板與兩個輔助結構位于同一平面，該平面與襯底平行；

兩塊下極板分別位于上極板前后兩端的下方；兩塊下極板的同一側與上極板對齊，另一側超出上極板的覆蓋范圍；兩塊下極板被上極板遮蔽的面積相同；下極板與上極板之間分別形成平板電容C1和C2。應力作用下各個梁產生形變，使得電容值發生變化，測量電容值即可得到應力變化。

下極板上涂覆有介質薄層，該介質薄層材料為氮化硅。下極板材料為摻雜多晶硅。兩塊下極板為兩個完全相同的矩形。下極板和上極板的材料相同。

有益效果：本發明通過電容的相對變化來反映殘余應力，主要特點在于采用了主、輔兩極旋轉結構的設計，以加大主縱梁的旋轉幅度，顯著增大測量電容的變化量，有利于提高測量精度。該測試結構簡單，易于加工，對測試儀器無特殊要求，為殘余應力的測試提供了一種很好地途徑。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖

圖2為襯底頂面示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。

結合圖1和圖2所示，一種增強型偏轉電容式表面微機械加工殘余應力測試結構，包括襯底1、兩塊下極板2和上極板3、兩個輔助旋轉結構和三個錨區；

下極板2沉積于襯底1上表面；兩個錨區7置于襯底1上；上極板3懸置在下極板2上方；

兩個輔助旋轉結構分別是左輔助旋轉結構和右輔助旋轉結構，兩個輔助旋轉結構完全相同；其中，左輔助旋轉結構包括左橫梁41、左縱梁51和兩個輔助橫梁6；左橫梁41的右端連接上極板3左側，左橫梁41的右端連接左縱梁51，左橫梁41與左縱梁51垂直；左縱梁51的兩側分別連接一個輔助橫梁6，連接左縱梁左側的輔助橫梁的另一端固定在錨區71右側，連接左縱梁右側的輔助橫梁的另一端固定在錨區73左側；