[發明專利]用于原位測量MEMS微梁材料的楊氏模量的方法

有效

• 申請號: 201811307552.1
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109596290B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 朱軍華;黃欽文;董顯山;恩云飛;劉人懷
• 申請（專利權）人: 中國電子產品可靠性與環境試驗研究所（（工業和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實驗室））
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01B11/02;G01B11/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 陳金普

1.一種用于原位測量MEMS微梁材料的楊氏模量的方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟S100，獲取所述MEMS微梁的結構參數、吸合電壓、第一固有頻率和振型函數，所述結構參數包括所述MEMS微梁的長度、寬度和第一高度，其中，所述第一高度和所述第一固有頻率分別為未在所述MEMS微梁和底部電極之間施加偏置電壓時所述MEMS微梁的高度和固有頻率，所述高度為所述MEMS微梁的上表面與位于所述MEMS微梁下方的所述底部電極的上表面之間的距離；

步驟S200，根據所述MEMS微梁的結構參數、吸合電壓、第一固有頻率和振型函數，確定所述MEMS微梁與所述底部電極之間的間隙距離的第一估計值；

步驟S300，獲取在所述MEMS微梁和所述底部電極之間施加偏置電壓后的所述MEMS微梁的第二高度和第二固有頻率；

步驟S400，根據所述MEMS微梁的結構參數、吸合電壓、偏置電壓、第二高度、第二固有頻率、振型函數以及第一估計值，確定所述間隙距離的第二估計值；

步驟S500，根據所述MEMS微梁的結構參數、振型函數、第二估計值、第二高度以及性能參數確定所述MEMS微梁的楊氏模量，所述性能參數為所述吸合電壓或所述第一固有頻率；

聯合以下公式確定所述間隙距離的第一估計值，

其中，η_p為第一位置系數，g為所述間隙距離的第一估計值，z₀為所述第一高度，b為所述MEMS微梁的寬度，V_p為所述吸合電壓，ε₀為真空介電常數，ε_r為所述MEMS微梁與所述底部電極之間的介質的相對介電常數，ρ為所述MEMS微梁材料的密度，f₀為所述第一固有頻率，為所述振型函數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

步驟S600，改變步驟S300中的所述偏置電壓的值并重復步驟S300至步驟S500，以獲取多個楊氏模量值并計算所述多個楊氏模量值的平均值。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S400，根據所述MEMS微梁的結構參數、吸合電壓、偏置電壓、第二高度、第二固有頻率、振型函數以及所述第一估計值，確定所述間隙距離的第二估計值，包括：

步驟S410，根據所述間隙距離的第一估計值、所述第一高度和所述第二高度，確定與所述偏置電壓對應的第二位置系數；

步驟S420，根據所述結構參數、所述第一位置系數、所述第二位置系數、所述振型函數、所述第二固有頻率、所述吸合電壓以及所述偏置電壓，確定所述間隙距離的第二估計值。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S410，根據所述間隙距離的第一估計值、所述第一高度和所述第二高度，確定與所述偏置電壓對應的位置系數η_V，包括：根據以下公式確定所述與所述偏置電壓對應的第二位置系數η_V，

其中，z₀為所述第一高度，z_V為所述第二高度。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S420，根據所述結構參數、所述第一位置系數、所述第二位置系數、所述振型函數、所述第二固有頻率、所述吸合電壓以及所述偏置電壓，確定所述間隙距離的第二估計值，包括：根據以下公式確定所述間隙距離的第二估計值

其中，為質量系數，為所述振型函數，η_p為所述第一位置系數，η_V為所述第二位置系數，z₀為所述第一高度，b為所述MEMS微梁的寬度，V_p為所述吸合電壓，V為所述偏置電壓，ε₀為真空介電常數，ε_r為所述MEMS微梁與所述底部電極之間的介質的相對介電常數，ρ為所述MEMS微梁材料的密度，f_V為所述第二固有頻率。